Алгоритм технологического расчета теплообменных аппаратов

Расчет теплообменного аппарата включает определение необходимой поверхности теплопередачи, выбор типа аппарата и нормализованного варианта конструкции, удовлетворяющим заданным технологическим условиям.

1. Необходимую поверхность теплопередачи определяют из основного уравнения теплопередачи:

(2.45)

2. Тепловую нагрузку Q находят по одному из следующих уравнений:

а) если агрегатное состояние теплоносителей не меняется – по уравнению

,[Вт] (2.46)

Здесь и в дальнейшем индекс «1» относится к горячему теплоносителю, индекс «2» - к холодному.

б) при конденсации насыщенных паров без охлаждения конденсата и при кипении – по уравнению

, (2.47)

где r_i – удельная теплота конденсации (парообразования), кДж/кг.

в) при конденсации перегретых паров с охлаждением конденсата

(2.48)

где I – энтальпии перегретого и насыщенного пара.

3. Один из технологических параметров, не указанных в исходном задании [расход одного из теплоносителей или одну из температур], можно найти с помощью уравнения теплового баланса:

Q_прих = Q_расх (2.49)

Тепловые потери при наличии теплоизоляции незначительны, и при расчете теплообменников их можно не учитывать.

4. Все свойства теплоносителей в аппарете определяются при средней температуре потока:

В аппаратах с прямо- или противоточным движением теплоносителей средняя разность температур потоков определяется в зависимости от отношений между большей и меньшей разностями температур теплоносителей на концах аппарата. Если отношение разности температур отличаются более чем в два раза, то средняя разность температур потоков определяется как среднелогарифмическая, если меньше, то, как среднеарифметическая:

при (2.50)

при

При сложном взаимном движении теплоносителей (смешанном или перекрестном токе) Dt_ср можно рассчитать, вводя поправку ε_Dt≤1 к среднелогарифмической разности температур для противотока, рассчитанной по формуле (2.50): Эта поправка может быть рассчитана теоретически [1, с. 46].

5. Коэффициент теплопередачи определяют по следующему уравнению:

(2.51)

где α₁ и α₂ – коэффициенты теплопередачи со стороны теплоносителей; λ_ст – теплопроводность материала стенки; s_ст – толщина стенки; r_з1, r_з2 – термические сопротивления слоев загрязнений с обеих сторон стенки.

Это уравнение справедливо для передачи тепла через плоскую или цилиндрическую стенку при условии, что R_Н /R_В < 2 (R_Н и R_В – наружный и внутренний радиусы цилиндра).

Сначала на основании ориентировочной оценки коэффициента теплопередачи нужно приближенно определить поверхность и выбрать конкретный вариант конструкции, а затем провести уточненный расчет коэффициента теплопередачи и требуемой поверхности. При значительном отклонении расчетной поверхности от выбранной следует перейти к другому варианту конструкции и вновь выполнить уточненный расчет.

Ориентировочные значения коэффициентов теплопередачи, а также значения тепловой проводимости стенок приведены в табл. 2.4 и 2.5.

Таблица 2.4