Приложение 4 уточненный выбор конструкции теплообменника и его размеров

Реальное значение коэффициента теплопередачи в работающем теплообменнике всегда меньше рассчитанного по формуле (5) из-за дополнительных термических сопротивлений загрязнений стенок труб () с обеих сторон. При этом полное термическое сопротивление в реальном теплообменнике:

(П.4.1)

Значения термических загрязнений стенок приведены в справочной литературе [3,10].

По реальному значению коэффициента теплопередачи с помощью формулы (3) определяют необходимую поверхность теплообмена в реальных условиях работы аппарата.

Перед уточненным выбором размеров аппарата сначала необходимо уточнить тип кожухотрубчатого теплообменника, который может быть использован для данной технологической ситуации. Как отмечено выше, это зависит от разности температур стенки труб и стенки кожуха.

Нетрудно видеть (см. рис. П.4.1б), что температура кожуха аппарата неразрывно связана с условиями теплообмена с окружающей средой. Ясно, что если теплообменник покрыт тепловой изоляцией, то температура его кожуха будет иной, чем у аппарата без тепловой изоляции. Следовательно, при определении температуры стенок кожуха теплообменника сначала должен быть решен вопрос о толщине тепловой изоляции. Заметим, что методика расчета тепловой изоляции в данном случае ничем не отличается от методики, изложенной раньше применительно к выпарному аппарату. Более того, часто теплообменник изолируют так же, как и выпарной аппарат.

Рис. П.4.1. К определению средних температур стенок трубок (а) и кожуха (б).

Знание толщины изоляции позволяет определить величину теплового потока, проникающего через стенку в окружающую среду. Удельный тепловой поток (считая теплопередающую стенку – плоской) определяется так:

) (П.4.2)

Температура наружной поверхности стенки кожуха (внутренней поверхности изоляции) для непрерывного работающего аппарата определяется из уравнения теплового потока за счет теплопроводности изоляции:

откуда:

причем должна быть рассчитана и выбрана ранее.

Аналогичным образом может быть определена температура внутренней стенки . Для стадии теплопереноса через стенку:

отсюда:

Средняя по толщине температура стенки кожуха составит:

(П.4.3)

Завершив определение средней температуры корпуса, следует установить тот же параметр для нагревательных труб (см. рис. П.4.1а). Здесь удельная тепловая нагрузка ,определяется как:

(П.4.4)

где – реальный коэффициент теплопередачи, определяемый по формуле (П. 4.1).

Из условия теплоотдачи от загрязненной стенки к потоку жидкости (раствора) , откуда:

С учетом термического сопротивления загрязнения получаем:

или

Далее находим:

Наконец, средняя температура стенки труб:

(П.4.5)

Здесь t – температура раствора (). В формулу (П.4.5) вместо t удобнее подставлять , таким образом:

(П.4.6)

Выбор типа теплообменника (ТН или ТП, ТЛ) производят в зависимости от разности ((см. сноску в разделе 3.3).