Расчет и проектирование теплообменного аппарата

1.

Расчет и проектирование
теплообменного аппарата
Докладчик
Ерошкина Карина Сергеевна
Должность
Студент 3 курса группы ХЗ-310014

2.

Задание
Рассчитать кожухотрубный аппарат и аппарат «труба в трубе», выбрать
оптимальную конструкцию.
Нагреваемая среда – рассол CaCl2 25%. Начальная температура 10°С.
Конечная температура 5 °С. Рабочее давление 3 атм.
Охлаждаемая среда – тетрахлорметан. Начальная температура 45 °С. Конечная
температура 15 °С. Рабочее давление 3 атм. Расход 0,3 кг/с.

3.

Введение
Теплообменник – это устройство для передачи тепла от более нагретого теплоносителя (жидкого или
газообразного) к более холодному.
По взаимному направлению движения теплоносителей рекуперативные теплообменники разделяют на
прямоточные, противоточные, с перекрестным или смешанным током.
По роду теплоносителя различают теплообменники: жидкость – жидкость, пар – жидкость, пар – пар, газ –
жидкость, пар – газ, газ – газ.
В зависимости от изменения агрегатного состояния теплоносителей теплообменники делят: без изменения
агрегатного состояния, с изменением агрегатного состояния одного теплоносителя, с изменением агрегатного
состояния обоих теплоносителей.
По характеру движения теплоносителей относительно теплопередающей поверхности теплообменники делят на
три типа: с естественной циркуляцией, с принудительной циркуляцией, с движением жидкости под действием сил
гравитации.

4.

По конструктивным признакам:
Кожухотрубный
«Труба в трубе»

5.

Технологический расчет
Материальный баланс теплообменника:
- Для горячего теплоносителя (тетрахлорметан рабочее давление 3 атм = 0,3МПа)
G1н= G1к= 0,3 кг/с
- Для холодного теплоносителя (рассол CaCl2 25% рабочее давление 3 атм = 0,3МПа)
G2 н= G2 к
Расход холодного теплоносителя неизвестен и определяется из уравнения теплового баланса.
Потерями теплоносителей в окружающую среду пренебрегаем.
Тогда G1н= G1к= G1 - расход горячего теплоносителя;
G2н= G2к= G2 - расход холодного теплоносителя.

6.

Тепловой баланс теплообменника.
Расчет расхода холодного теплоносителя.
По греющей среде (тетрахлорметан):
начальная температура t1 =45 С ;
конечная температура t1 =15 С.
Параметр с1 - удельная теплоемкость горячего теплоносителя (тетрахлорметан) при его средней
температуре.
Средняя температура горячего теплоносителя:
t1ср = 0,5 * (t1' + t1") = 30 °C
Удельная теплоемкость тетрахлорметана при t1ср = 30 °C определяется по справочной таблице
С1 = 0,86 кДж/(кг К) при t1ср = 30 °C

7.

8.

По нагреваемой среде (рассол CaCl2 25%):
начальная температура t2 = -10 С ;
конечная температура t2 = 5 С.
Параметр с2 - удельная теплоемкость холодного теплоносителя (рассол CaCl2 25%) при его
средней температуре.
Средняя температура холодного теплоносителя:
t2ср = 0,5 * (t2' + t2") = -2,5 С
Удельная теплоемкость рассола CaCl2 25% при t2ср = -2,5 °C определяется по справочной таблице
С2 = 3,34 кДж/(кг К) при t2ср = -2,5 °C

9.

10.

-доля потерь тепла в окружающую среду ,обычно п = 0,96 0,98
Расход холодного теплоносителя:
G1c1(t1 − t1 )η 0,3∗860 45−15 0,98 7585,2
G2 =
=
=
= 0,15 кг/с
c2(t2 − t2 )
3340(5− −10 )
50100
Тепловая нагрузка аппарата :
Qприх = G1c1(t1 - t1 ) = 0,3*860 (45-15) = 7740 Вт
Qрасх = G2c2(t2 - t2 ) = 0,15*3340(5-(-10)) = 7515 Вт
Qпот = Qприх - Qрасх = 7740 – 7515 = 225 Вт
Уравнение теплового баланса с учетом потерь:
Qприх = Qрасх + Qпот = 7515 + 225 = 7740 Вт

11.

Расчет среднего температурного напора:
Прямоточное движение
Для определения tср находим tmax, tmin, их отношение и
tср по среднеарифметической или по среднелогарифмической
формулам.
t' = t1 - t2 = 45 – (-10) = 55 С
t" = t1 - t2 = 15 – 5 = 10 С
Средний температурный напор tср при прямотоке и
противотоке определяется как средняя логарифмическая разность
температур по формуле:
tср = t' - t"/(ln t'/ t") = 55-10/ln(55/10) = 45/1,7 = 26,4 С

12.

Оценка площади поверхности теплообмена:
F=