3.3. Расчет требуемой поверхности теплообмена подогревателя

Поверхность теплообмена F рассчитывают по формуле:

где K – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²К); ∆ - средняя движущая сила процесса теплопередачи, ⁰С.

При использовании греющего пара (как правило, насыщенного водяного пара определенного давления P_гр и температуры T), средняя движущая сила рассчитывается по формуле:

Коэффициент теплопередачи находят по формуле [1]:

Вывод этой формулы, пояснения и метод решения подробно рассмотрены в главе 7 учебника [1].

При расчете комплекса A физических величин конденсата (и пара) и коэффициента теплоотдачи α₂ (от стенки труб к раствору) необходимо знать размеры труб (диаметр d, толщину δ_ст, высоту труб H вертикально расположенного подогревателя. Можно ими задаться, но лучше (!) найти ориентировочную поверхность теплообмена F_ор, приняв K_ор на основе рекомендаций [3,6-8]:

Зная F_ор можно по каталогам [3,6,9] выбрать теплообменник любой конструкции²(одно- или двухходовой по трубному пространству) с большей поверхностью, чемF_ор, и взять характеристики этого теплообменника для последующего расчета:

Длина труб l м, диаметр труб d × δ мм, сечение трубного пространства f_тр м², число ходов z.

Длину труб l (высоту H=l в случае вертикального подогревателя) необходимо учитывать при расчете комплекса A.

При расчете α₂ (через Re и Nu) необходимо знать скорость w раствора в трубках теплообменника. Она рассчитывается по формуле:

где f_тр/z = f_1ход – сечение всех труб одного хода.

Если рассчитанный по этой скорости w критерий меньше 5000-7000, то целесообразно выбрать теплообменник с большим числом ходовz. Это позволит увеличить скорость w, значения Re, Nu и α₂.

По величине критерия Re выбирают формулу для расчета критерия Nu и далее рассчитывают коэффициент теплоотдачи α₂:

Толщину стенки труб δ_ст берут из характеристики теплообменника, выбранного по F_ор. Обычно это от 0,002 до 0,003м.

Теплопроводность стенки λ_ст зависит от выбранного материала. Обычно здесь применяется та же сталь, что и в выпарных аппаратах.

После подстановки найденных значений A, δ_ст/λ_ст и α₂ по формуле (5) вычисляют значение коэффициента теплопередачи K методом итераций. В качестве начального приближения может быть принято любое K, в том числе и K_ор. Рассчитанное значение K при не совпадении с принятым в этом расчете является начальным для следующего расчета. Заканчивают итерацию, когда расхождение менее 1%.

Это значение K позволяет найти потребную поверхность теплообмена F по формуле (3).

По значению F вновь подбирают по каталогам теплообменник с чуть большей поверхностью теплообмена.

Чтобы избежать нового расчета, желательно подобрать новый теплообменник с теми же характеристиками (H, d × δ, f_тр, z). Величину F с F_ор сравнивать не нужно!

При невозможности подобрать теплообменник с теми же характеристиками, которые были использованы при расчете K, следует повторить расчет, приняв новые найденные в каталоге характеристики теплообменника.

Пример расчета и выбора подогревателя приведен в Приложении 3 данного пособия.

А уточненный выбор типа конструкции теплообменника и его размеров рассмотрен в Приложении 4.