Прочностной расчет

Механический расчет ТА предусматривает проверку на прочность отдельных его узлов: корпуса, днища, решеток и т.д. Корпус выполняется обычно сварным, цилиндрической формы из листовой стали или другого металла.

2.1 Определяют толщину стенки корпуса

При расчете на внутреннее давление толщину стенки корпуса d_к проверяют по формуле:

м (14)

где р - давление в аппарате, Па; - внутренний диаметр, м; - допустимое напряжение, Н/м ²(для стали марки Ст3 – при температуре стенки не выше 250^оС); j - коэффициент прочности сварного шва – (j = 0,65 – при односторонней сварке; j = 0,85 – при двухсторонней сварке); с – прибавка на коррозию, равная (0,002 – 0,008м).

2.2 Определяют толщину трубных решеток.

Толщина трубных решеток принимается в пределах 15-35 мм и выбирается в зависимости от диаметра развальцованных труб. Для стальных решеток она должна быть не менее:

, мм (11)

где - наружный диаметр труб, мм.

Тепловой расчет

В результате выполнения теплового расчета определяются расчетные характеристики процесса, а также те размеры аппарата, которые зависят от них.

1. Рассчитывают тепловую нагрузку

- по нагреваемой жидкости;

, Вт (12)

где с – теплоёмкость жидкости при её средней температуре, ; G – производительность по нагреваемой жидкости, кг/с; - соответственно температура жидкости на входе и выходе, К;

- по конденсирующему пару:

, Дж/с (13)

где D – производительность по пару, кг/с; i – энтальпия пара, Дж/кг; - теплоемкость конденсата, ; - температура конденсата, (принимается на несколько градусов ниже температуры конденсации пара).

кг/с

2. Определяют среднюю разность температур при конденсации пара при нагреве жидкости:

(14)

где - температура конденсации пара (температура насыщения), .

При перекрестном и смешанном потоке теплоносителей среднюю движущую силу вычисляют с введением коэффициента по следующим формулам:

; , (15)

где , , , на схемах рисунка 2 соответствуют значениям температур греющего агента и продукта. Коэффициент определяется по графикам в зависимости от схемы потоков и соотношения температур теплоносителей.

Рисунок 5. – Схемы движения теплоносителей при смешанном токе в кожухотрубных теплообменниках: а) один ход в межтрубном пространстве аппарата и два и более ходов в трубном пространстве; б) один ход в межтрубном пространстве с поперечными перегородками, двумя и более ходов в трубном пространстве; в) два хода в межтрубном пространстве с поперечными перегородками и четырьмя ходами в трубном пространстве.

3.3 Определяют коэффициент теплоотдачи от пара стенке, пользуясь таблицей приложения 5:

а) для вертикальной трубы:

, (16)

где A - коэффициент физических констант;

(17)

- плотность ; l - коэффициент теплопроводности, ; m - коэффициент динамической вязкости, ; r - удельная теплота конденсации пара, Дж/кг; D t - разность температур конденсации и стенки трубы, К; H - высота трубы, м.

б) для горизонтальной трубы

, (18)

Коэффициент А обычно определяют по температуре пленки конденсата , принимая .

Удельная теплота конденсации пара r принимается по температуре пара. Выбор обычно бывает затруднен и требует многократного пересчета. В связи с этим целесообразно заранее рассчитать для значений в пределах . При этом параметр А берется для средней температуры пленки, принимая ее на ниже температуры пара.

Далее рассчитывается тепловая нагрузка по теплоотдаче от пара к стенке для ряда принятых параметров температур:

а) для вертикальной трубы:

, (19)

б) для горизонтальной трубы:

, (20)