kursach2
.docxПри переходе от одноходового теплообменника к двухходовому потребление энергии насосом возрастает в 5 раз; при переходе от двухходового к четырехходовому – в 10 раз; при переходе от четырехходового к шестиходовому – в 15 раз.
По сравнению с одноходовым аппаратом на перемещение этилового спирта в шестиходовом теплообменнике затрачивается энергии больше в 607 раза.
Гидравлическое сопротивление трубного пространства уже при числе ходов по трубам Z=4 становится очень большим – 3419141 Па, а при Z=6 гидравлическое сопротивление очень велико – 49082791 Па. Поэтому с экономической точки зрения использование четырехходового теплообменника является нецелесообразным. Применять шестиходовый по трубному пространству аппарат не рекомендуется.
Расчёт гидравлического сопротивления межтрубного пространства
Для теплообменника с диаметром кожуха
D=800 мм число сегментных
перегородок

.
Скорость этанола в штуцерах равна
(17)
В одноходовом по межтрубному пространству
теплообменнике этанол омывает трубы в
продольном направлении. Скорость этанола
в межтрубном пространстве с сечением
равна
,
(18)
где
- площадь сечения межтрубного пространства,
определяющаяся по формуле
,
(19)
где D – диаметр кожуха, м; d – наружный диаметр трубы, м; n – число труб.
Определив по уравнению (19) площадь
сечения межтрубного пространства
,
находим скорость толуола в межтрубном
пространстве для каждого теплообменника.
Результаты сведены в Таблицу 6.
Таблица 6
Скорость этанола в межтрубном пространстве
|
Z |
1 |
2 |
4 |
6 |
|
n |
257 |
240 |
206 |
196 |
|
|
0,091 |
0,092 |
0,092 |
0,093 |
|
|
3,4 |
7,7 |
7,7 |
8,3 |
Поскольку значения
для одноходового и многоходовых аппаратов
различаются незначительно, рассматривать
вариант одноходового теплообменника
по межтрубному пространству и многоходовому
по трубному не будем.
Число рядов труб m, омываемых этанолом в межтрубном пространстве в поперечном сечении:
,
(20)
где n – количество труб.
В соответствии с уравнением (20):
а) Z=2,

б) Z=4,

в) Z=6,

Скорость этанола
в вырезе перегородок:
,
(21)
где
- площадь сечения в вырезе перегородок,
.
В соответствии с уравнением (21):
Для Z=2, Z=4:
м/с;
Для Z=6:
м/с.
По уравнению (3) определяем критерии
Рейнольдса в зависимости от скорости
этанола в вырезках перегородок, учитывая,
что
:
Для Z=2, Z=4:

Для Z=6:

Одноходовый теплообменник по межтрубному пространству
Эквивалентный диаметр межтрубного пространства равен
,
(22)
где D – диаметр кожуха,
м;
- наружный диаметр трубы, м; n
– количество труб.
В соответствии с уравнением (22):

По уравнению (3) находим критерий Рейнольдса в зависимости от скорости этанола в межтрубном пространстве:

Наблюдается неразвитое турбулентное течение. Поскольку трубы чугунные старые, коэффициент трения находится по номограмме:
.
Гидравлическое сопротивление межтрубного пространства при Z=1:
(23)
где Z – число ходов по
трубам; d – эквивалентный
диаметр межтрубного пространства; L
– длина трубы, м;
и
-
плотность (кг/м3) и скорость (м/с) в
межтрубном пространстве;
-
скорость этанола в штуцерах в межтрубном
пространстве, м/с.
По уравнению (23) гидравлическое сопротивление равно:
Па.
Многоходвые по межтрубному пространству теплообменники
Гидравлическое сопротивление межтрубного пространства, в котором установлены перегородки, рассчитывается по формуле:
,
(24)
где
и
-
плотность (кг/м3) и скорость (м/с)
теплоносителя в межтрубном пространстве;
-
скорость теплоносителя в штуцерах в
межтрубном пространстве, м/с;
- критерий Рейнольдса для теплоносителя
в межтрубном пространстве.
В соответствии с уравнением (24) гидравлическое сопротивление межтрубного пространства для
а) Z=2;4:
Па;
б) Z=6:
Па.
При переходе от одноходового теплообменника к многоходовому по межтрубному пространству пространству гидравлическое сопротивление увеличивается в 9,5 раз для Z=2, в почти 12 раз для Z=4 и в 12,7 раз для Z=6. Во столько же раз увеличится потребление энергии насосом, прокачивающим этанол через межтрубное пространство.
Заключение
1. Чтобы построить характеристику
гидравлической сети и подобрать
центробежный насос для перекачивания
толуола, я рассчитала полный напор для
различных значений Q,
находящихся в интервале от 0 до 40
.
Все полученные значения сведены в
Таблицу 1. Для значения Q=40
полный напор Н=21,598 м ст.
этилацетата.
В результате расчетов для
подачи Q=40
и напора Н=21,298 м ст. этилацетата
подобран центробежный насос марки
Х45/31, для которого при оптимальных
условиях работы
,
Н=25 м ст. толуола,
.
Насос обеспечен электродвигателем
А02-52-2 номинальной мощностью
кВ,
КПД электродвигателя
,
частота вращения вала n=48,3
об/с.
2. Гидравлическое сопротивление
кожухотрубчатого теплообменника по
трубному пространству для одноходового
Па;
для двухходового
Па;
для четырехходового
Па;
для шестиходового
Па.
Гидравлическое сопротивление
кожухотрубчатого теплообменника по
межтрубному пространству для одноходового
Па;
для двухходового и четырехходового
Па;
для шестиходового
Па.
Переход от одноходового аппарата к многоходовому резко увеличивает потребление энергии насосом, прокачивающим этанол через теплообменник.
Теплообменник с числом ходов больше двух использовать не целесообразно из-за большого гидравлического сопротивления четырех- и шестиходового аппарата.
Для рассчитываемого теплообменника приемлемыми вариантами могут быть:
а) одноходовый теплообменник и по трубному, и по межтрубному пространствам;
б) двухходовой теплообменник по трубному, и многоходовый по межтрубному пространствам.
Различие гидравлических сопротивлений одного хода по трубам и одного хода в межтрубном пространстве составляет

Для окончательного решения вопроса, по какому пространству кожухотрубчатого теплообменника пропускать теплоноситель, кроме гидравлического сопротивления, принимаются во внимание другие факторы, влияющие на коэффициенты скорости процессов теплоотдачи и теплопередачи, на потери тепла в окружающую среду. Также учитываются коррозионные свойства теплоносителя, его температура, давление, способность теплоносителя отлагать осадки или полимерозоваться и др.

,

,
