Теплообменник «труба в трубе»

В двухтрубном теплообменнике турбулентность потока теплоносителей выше, чем в кожухотрубчатом, что приводит к большему коэффициенту теплопередачи. Выбираем верхнюю границу интервала:

Ориентировочная поверхность теплопередачи кожухотрубчатого теплообменника: .

Выбираем из [4, с. 61, табл. 2.11, 2.12] теплообменник с такой площадью поверхности, чтобы запас по поверхности составлял не менее 5 %. Минимальная площадь поверхности теплопередачи такого теплообменника составляют: .

Подходит разборный многопоточный теплообменник типа «труба в трубе» со следующими характеристиками:

площадь поверхности теплопередачи A _ТО = 66 м²;

число параллельных потоков N = 22;

число труб n = 44;

длина труб L = 9,0 м.

Запас по поверхности теплопередачи:

.

В качестве альтернативы можно рассмотреть 6 последовательно соединённых двухпоточных теплообменников типа «труба в трубе» со следующими характеристиками:

площадь поверхности теплопередачи A _ТО = 9 м²;

диаметр труб d = 159×4,5 мм;

число параллельных потоков N = 1;

число труб n = 2;

длина труб L = 9,0 м.

Запас по поверхности теплопередачи:

.

Возможны и другие варианты компоновки теплообменного аппарата из нескольких однопоточных и двухпоточных теплообменников типа «труба в трубе». Окончательный выбор аппарата можно сделать только после гидравлического и поверочного теплового расчёта каждого выбранного варианта.

Пластинчатый теплообменник

В пластинчатом теплообменнике коэффициент теплопередачи примерно в 3 раза выше, чем в кожухотрубчатом: .

Ориентировочная поверхность теплопередачи кожухотрубчатого теплообменника: .

Выбираем из [4, с. 63, табл. 2.13] теплообменник с такой площадью поверхности, чтобы запас по поверхности составлял от 5 до 30 %. Минимальная и максимальная площади поверхности теплопередачи такого теплообменника составляют:

,

.

Подходят теплообменники:

Поверхность, м2.	25	25
Тип пластин, м2.	0,2	0,6
Число пластин.	128	44
Масса, кг.	1480	1130

Выбираем теплообменник с наименьшей массой.

Характеристики теплообменника:

площадь поверхности теплопередачи A _ТО = 25 м²;

тип пластин f = 0,6 м²;

число пластин N = 44;

масса теплообменника m _ТО = 1130 кг.

Запас по поверхности теплопередачи:

.

Задача 35

В теплообменнике производится охлаждение 10 т/ч бензола от 75 °C до 35 °C. В качестве хладагента используется вода, температура которой меняется от 20 °C до 30 °C. Тепловыми потерями пренебречь. Определить ориентировочную поверхность теплообменника и подобрать под неё стандартные кожухотрубчатый, двухтрубный и пластинчатый теплообменники.

Решение

Теплагент – бензол (охлаждение).

Хладагент – вода (нагрев).

Рассмотрим противоток теплоносителей в одноходовом теплообменнике, как самый распространённый случай (рис. 18).

Рис. 18. Профиль температур теплоносителей по длине труб одноходового
кожухотрубчатого холодильника при противотоке

Бóльшее и меньшее значение движущей силы в теплообменнике:

,

.

Среднее логарифмическое значение движущей силы:

.

Изменения температур теплоносителей:

, .

Для теплоносителя с меньшим изменением температуры среднюю интегральную температуру можно принять равной средней арифметической. Поскольку , среднее значение температуры хладагента:

.

Среднее значение температуры теплагента:

среднее арифметическое ,

среднее интегральное .

Массовый расход теплагента: .

Теплоёмкость теплагента при средней арифметической температуре:

 [2, с. 18].

Теплоёмкость хладагента при средней арифметической температуре:

 [2, с. 4].

Расход тепловой энергии, выделяющейся при охлаждении теплагента:

.

При отсутствии тепловых потерь: .

Массовый расход хладагента:

.

Ориентировочные значения коэффициента теплопередачи от жидкости к жидкости (когда обе жидкости органические или одна из жидкостей органическая) при вынужденном движении теплоносителей [1, с. 172, табл. 4.8]: .