Визначення площі поверхні теплопередачі

F = Q / ( k · Δt_ср ) = 2905800 / (478 · 53) = 34,8 м²

Конструктивний розрахунок

Розрахункову довжину всіх ходів визначаємо за формулою:

L = F / (π · d_р · n₁₎ =114.6 / 3,14 · 0,022 · 34 = 14,6 м

Оскільки α₁ ≈ α₂, то d_р = 0,5 · (d_в + d_з ) = 0,5 · (0,021 + 0,025) = 0,022 м,

де d_р – розрахунковий діаметр труб, який взято таким , що дорівнює півсумі зовнішнього і внутрішнього діаметрів.

Кількість ходів трубного простору : z = L / l = 14,5 / 1,5 = 10.

Вибираємо чотирьохходовий теплообмінник, робоча довжина трубок якого становить l = 1,5 м.

Загальна кількість труб, що розміщуються на трубних решітках:

n = z · n₁ =10 · 35 = 336.

У разі розміщення труб на сторонах правильних шестикутників за таблицею 6.2 вибираємо найближчу загальну кількість труб n = 367. Тоді на стороні найбільшого шестикутника а = 11 труби, а кількість труб, розміщених по діагоналі шестикутника, b = 21.

Відстань між осями труб : s = 1,4 · d_з = 1,4 · 25 = 35 мм.

Внутрішній діаметр корпусу теплообмінника: D_в = 1,1 · s

D_в = 1,1 · 35 · = 825 мм.

Вибираємо нормалізований теплообмінник, зовнішній діаметр кожуха якого D_з = 800 мм і товщина стінки δ_ст = 4 мм(таблиця 6.2) . Тоді внутрішній діаметр такого теплообмінника D_в = 800 – 2 · 4 = 792 мм.

Діаметр патрубків для води :

₁ = 1 м/с

= 0,122 м

Діаметр патрубка для пари:

₂ = 30 м/с

=0,299 м

Діаметр патрубка для конденсату:

₃ = 0,5 м/с

=0,06 м

Загальна висота теплообмінника:

Н = l + 2 · h

Висоту кришки h без патрубків беремо 0,3 діаметра кожуха (0,8 · 0,3 = 0,24 м), а висоту кришки на 200 мм більшу від діаметра патрубка для води (0,122 + 0,2 = 0,322 м)

Н = 1,5 + 0,24 + 0,322 = 2,062 м.

Гідравлічний розрахунок

Коефіцієнт тертя λ при Re = 36441,62

<42000 (20 Δ/ d_в = 20 · 0,021/0,01·10^-3 = 42000), тоді λ = 0,3164 · Re ^-0,25 = 0,3164 · 37167,14^-0,25 = 0,023.

Сума коефіцієнтів місцевих опорів у теплообміннику:

∑ξ = 2,5 +1+1,5+ 1+1,5+1,5 = 9.

Втрата тиску: Δр = (λ · + ∑ξ) ·

Δр = (0,0236 · + 9) =12595 Па

Потужність приводу насоса :

N = (m · Δр) / η · ρ,

де η – коефіцієнт корисної дії насоса, який приймаємо рівним 0,8.

N = (11,6 · 42368) / 0,8 · 989 = 185 Вт.

Розрахунок теплової ізоляції:

Q_в = А · F ·(t_із – t_п) =3633,973

Де для повітря t_п – 20 - 25, а t_із – 30 – 35

Α= 9,74 + 0,07 · (30-20) = 10,44

= 0,047 (скляна вата) , а =98 ºС

_=0,0039

Техніко-економічні показники роботи апарата

Визначаємо амортизаційні витрати

К_а = F · С_F · а,

де F – площа теплообміну;

С_F – вартість 1 м² поверхні теплообміну апарата, яка складає 2000 грн/м²;

а – річна частина амортизаційних відрахувань, яка становить 0,08%.

К_а = 34,8 · 2000 · 0,08 = 5569 грн/рік

Визначаємо експлуатаційні витрати

К_е = N · С_е · τ,

де N – потужність електродвигуна насоса;

С_е – вартість 1 кВт·год електроенергії, яка становить 0,4 грн/(кВт·год);

τ – кількість годин роботи теплообмінника за рік, яка складає 4000 год.

К_е = 135 · 0,4 · 4000 = 295464 грн/рік

Отже, сумарні затрати складають

К_∑ = К_а + К_е = 18338 + 993876= 30125 грн/рік

Нехай швидкість руху води в трубах w = 0,6 м/с. Обчислюємо критерій Рейнольдса Re =

Re = = 22316,26

Re >13800, тоді рух води в трубах - турбулентний.

Визначаємо кількість труб одного ходу

n₁= f₁ / (0,785 d²_в ) = m / 0,785 · d²_в · ρ· w.

Оскільки w = Re μ / d_в · ρ_, то n₁= m / ( 0,785 · d_в · Re · μ)

n₁= 11,6 /( 0,785 · 0,021 · 37167,14 · 558,4 ·10^-6 ) = 56