3.2.2 Тепловий розрахунок та елементи конструктивного розрахунку апарату
Розглянемо температурні умови процесу на рисунку 2.3
t2
t3 аміак
Q1
tк
Q2
tп вода
зона охолодження зона конденсації
Рисунок 2.3 Розрахунок поверхні теплообміну конденсатору
Теплове навантаження конденсатору
Вт
Вт
Вт
Масові витрати води, яка охолоджує:
кг/с
де 
- питома теплоємкість води, Дж/(кг К).
Температурні умови процесу. Температура воді на початку зони конденсації складає:
оС
Знаходимо середню різницю температур по зонам:
зона охолодження
112 30
25 24
87 6
оС
зона конденсації
30 30
24 20
6 10
оС
Визначимо режим руху води у трубах. Розрахуємо кількість труб діаметром 25 Х 2,5 мм потрібно на один хід у трубному просторі при турбулентному русі води. Із формул:
й 
визначаємо
де 
Па
с – динамічна в»язкість води при середній
температури:
оС
Приймаємо до розрахунку восьмі ходовий конденсатор типу КТГ
з n = 27, nзаг = 216 та Dвн = 600 мм 9, с 45 - 46
Знаходимо критерій Рейнольдса:
=
Отже режим руху стійкий турбулентний.
Визначимо коефіцієнт тепловіддачі для води.
1,
с. 283
Для зони охолодження
оС
Вт/(м К) 7,
рис Х
7,
рис ХІІІ
Вт/(м2
К)
Для зони конденсації
оС
Вт/(м К) 7,
рис Х
7,
рис ХІІІ
Вт/(м2
К)
Визначимо коефіцієнти тепловіддачі для аміаку
Зона охолодження перегрітої пари:
м2
Швидкість парів
аміаку: 
м/с
Еквівалентний діаметр міжтрубного простору:
м
Розрахуємо термодинамічні константи аміаку при середній температурі
оС
кг/м3
Па с 9,
с. 822
Вт/(м
К) 9,
с. 822
Дж/(кг
К) 9,
с. 822
Критерій Рейнольдса:
Так яка режим руху перехідний, то розрахунок коефіцієнту тепловіддачі ведемо за формулою:
7,
с. 154
Для газів 
,
а
,
так як кут атаки складає 90оС
Вт/(м2
К)
Зона конденсації.
Коефіцієнт тепловіддачі для аміаку, що конденсується на пучку горизонтальних труб
7,
с.139
де - поправочний коефіцієнт, що залежить від розташування труб у пучку, та кількості труб у кожному ряду;
- поправочний коефіцієнт, що враховує залежність фізичних властивостей конденсату від температури;
- теплопровідність аміаку при температурі конденсації, Вт/(м К);
- густина аміаку при температурі конденсації, кг/м3;
r - теплота конденсації аміаку, Дж/кг;
- в»язкість аміаку при температурі конденсації, Па с t – різниця температур конденсації й поверхні стінки, оС;
d – зовнішній діаметр труб, м.
При орієнтовної кількості труб в кожному ряду пучка горизонтальних труб конденсатора шахового розташування
2,
с.241
поправочний
коефіцієнт
7,
с.139,
де Dвн
– внутрішній діаметр конденсатора, мм;
1,4 ∙ 25 – прийнятий шаг між трубами, мм.
Аміак має невелику
в»язкість, тому приймаємо
7,
с.138
В умовах роботи
аміачних конденсаторів різниця температур
між температурою конденсації та
температурою стінки не перевищує 30…40
К, тому з достатньої точністю при
технічних розрахунках можна брати
значення констант при температурі
конденсації. Фізико-хімічні константи
конденсату аміаку при
оС
кг/м3 8,
с. 804
Па с 8,
с. 806
Вт/(м
К) 8,
с. 810
Дж/(кг
К) 8,
с. 822
кДж/кг 6,
с. 26
Вт/(м2
К)
Визначаємо термічний опор стінки з урахуванням забруднень
де r
– термічний опор накипу зі стороні
води, (м К)/Вт, r
=
,
(м К)/Вт
ст – товщина стінки трубки, м;
ст – теплопровідність сталі, Вт/(м К), ст = 17,5 Вт/(м К) 7, с. 512
(м
К)/Вт
Визначаємо коефіцієнти теплопередачі та необхідні поверхні теплообміну.
Зона охолодження перегрітого пари:
Вт/(м2
К)
м2
Зона конденсації:
або 
Рівняння вирішуємо графічно, задаючись значенням tст1 ( табл. 2.2); Y – ліва частина рівняння
Таблиця 2.2 – Визначення tст1
tст1 |
|
|
Y |
30 28 26 24 22 |
0 1,68 2,83 3,83 4,76 |
0 1,19 1,41 1,56 1,68 |
- 8,00 1,64 8,86 15,40 21,65 |
По
даним таблиці 2.2 (інтерполяцією даних)
маємо, що Y
= 0 при
оС
Коефіцієнт теплопередачі:
Вт/(м2
К)
м2
Загальна площа поверхні теплообміну конденсатору
м2
Відповідно проведеним розрахункам приймаємо кожухотрубний горизонтальний конденсатор марки 40 КТГ 9, с 45 - 46 з площею поверхні теплообміну 40 м2.
Запас поверхні складає:
