Конструктивный расчет кожухотрубного теплообменного аппарата

 

Основной расчетной формулой, связывающей заданную производительность по жидкости, протекающей в трубах, с принимаемыми геометрическими размерами и скоростью, является формула расхода:

(1)

где - секундный расход, - внутренний диаметр трубки, м; - число труб в ходу; - скорость движения жидкости в трубах, м/с.

При заданной производительности по нагреваемой жидкости расчет проводят в следующем порядке.

1.1 Определяют объемный расход жидкости :

(2)

где - часовой расход, кг/ч; - плотность жидкости, .

1.2 Определяют требуемое число труб в ходу :

(3)

Где - скорость движение жидкости; - скорость движения газа; - внутренний диаметр трубы, м.

,

где - наружный диаметр трубы подбирается по таблице 1 приложения в зависимости от производительности (рекомендуется м); – толщина стенки трубы, мм.

1.3 Определяют требуемое число труб в пучке ТА с учетом числа ходов:

(4)

где z - число ходов; (если не задано в исходных данных) z чаще всего принимают равным 1, 2, 4 реже 6.

(5)

где L - соответственно общая длина труб ТА, м; l - длина одной трубы, м.

Многоходовые ТА применяют для нагревания жидкостей при больших периодах температур. Обычно при нагреве воды за 1 ход принимают температурного перепада. Следует учесть, чем больше ходов в ТА, тем он более компактен, удобен в эксплуатации и монтаже. Если ТА необходимо рассчитать как конденсатор, а не как нагреватель жидкости, в нём предусматривают только один ход.

В пищевой промышленности длина ТА выбирается с учетом условий удобства чистки и мойки. Поэтому длина вертикального ТА принимается
1-2 м, а горизонтального 1-8 м.

1.4 Определяют действительное число труб в ТА , с учётом их рационального размещения, рисунок 4, (учитывая уточненное число труб в ТА по таблице 2 приложения).

 

 

Рисунок 8. – Схема расположения труб в решетке ТА: а – по сторонам правильных шестиугольников; б – по сторонам квадрата; в – по концентрическим окружностям

 

1) В случае размещения по сторонам квадратов количество труб в квадрате составит

, (6)

где а – количество труб на стороне квадрата.

При располагают дополнительное количество труб на свободных сегментах решетки. Такой способ размещения применяется в том случае, когда требуется чистка наружной поверхности трубок.

2) При размещении по концентрическим окружностям возможное число труб, которое расположится на каждой из них приближенно равно

, (7)

где x – порядковый номер окружности, считая от центральной трубы.

В таких решетках шаг расположения труб будет не одинаковым, что создает неудобство при разметке.

3) Преимущественное применение имеет размещение труб по сторонам правильных шестиугольников. Отношение шага (расстояние между центрами труб) к наружному диаметру принимается:

при развальцовке

при сварке

Зазор между крайней трубой в диагонали пучка и кожухом принимают так, чтобы

(8)

Внутренний диаметр кожуха зависит от активной площади трубной решетки F:

, (9)

где - диаметр решетки.

, м (10)

где - число труб в большей диагонали трубной решетки, шт.

Свободная площадь поперечного сечения межтрубного пространства :

, . (11)

Полученный диаметр кожуха обычно увеличивают до целого числа, рекомендованного для обечайки аппаратов (приложение 3).

1.5 Уточняют скорость движения жидкости в трубах:

 

м/с (12)

где - действительное число труб в ходу с учетом их рационального размещения.

2.2 Определяют диаметры патрубков

 

м (13)

где - скорость жидкости в патрубке, принимается несколько большей, чем в трубах, м; значения = 1-2,5 м/с – для жидкости; =20-40 м/с – для пара.

Полученное значение уточняют по таблице приложения 4.