Главная Контакты Случайная статья Автоматизация Антропология Археология Архитектура Биология Ботаника Бухгалтерия Военная наука Генетика География Геология Демография Деревообработка Журналистика Зоология Изобретательство Информатика Искусство История Кинематография Компьютеризация Косметика Кулинария Культура Лексикология Лингвистика Литература Логика Маркетинг Математика Материаловедение Медицина Менеджмент Металлургия Метрология Механика Музыка Науковедение Образование Охрана Труда Педагогика Полиграфия Политология Право Предпринимательство Приборостроение Программирование Производство Промышленность Психология Радиосвязь Религия Риторика Социология Спорт Стандартизация Статистика Строительство Технологии Торговля Транспорт Фармакология Физика Физиология Философия Финансы Химия Хозяйство Черчение Экология Экономика Электроника Электротехника Энергетика
	HEAT EXCHANGER 2 (X-2). Process Rating. Conditions. Properties. Calculations. Construction Of One Shell. Temperature Profile Table ⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 2 HEAT EXCHANGER 2 (X-2)
Process Rating
Conditions
Size	15-236			Type	BEW
		Shellside In	Shellside Out	Tubeside In	Tubeside Out
Temperature	C				39,823
Pressure	kg/cm2		2,561		4,876
Velocity	m/sec	0,83166	0,7852	0,91697	0,92249
Heat Exchanged	kcal/hr	-1088967
Fouling Factor	hr-m2-C/kcal	0,000209349		0,000383806
Heat Transfer Coefficient	kcal/hr/m2/C	1291,4		4209,23
Pressure Drop (Allow./Calc.)	kg/cm2		0,43943		0,12373
Total Fluid	kg/hr
Liquid	kg/hr
Properties
		Shellside In	Shellside Out	Tubeside In	Tubeside Out
Specific Gravity at 60 F	deg API	30,731		9,989
Molecular Weight
Liquid		92,134	92,134	18,015	18,015
Viscosity
Liquid	cP	0,28089	0,42139	1,003	0,65533
Density
Liquid	kg/m3	799,812	847,143	998,374	992,407
Specific Heat
Liquid	kcal/kg/C	0,46091	0,41029	0,99881	0,9987
Thermal Conductivity
Liquid	kcal/m/hr/C	0,10244	0,11687	0,51474	0,54215
Calculations
Heat Exchanged	kcal/hr
Overall U Coefficient	kcal/hr/m2/C	549,645
MTD (= Q/UA)	C	39,587
Number of Shell Passes/Shell
Number of Shells in Parallel
Surface Area (Spec./Calc.)	m2		62,58
Estimated Required Area/Shell	m2	50,045
Method Of Calculation		KERN
Tube Material		CARBON STEEL
Construction Of One Shell
	Shell Side			Tube Side
Inside Diameter	mm	399,995	Outside Diameter	mm
Baffle Spacing	mm	260,997	Pitch Square	mm
Tube Bundle Diameter	mm	361,895	Length	m
Baffle Clearance	mm	3,124	Inside Diameter	mm
Baffle Cut		0,2	Number of Passes
Sealing Strips			Number of Tubes
Temperature Profile Table
	Tubeside	Tubeside	Shellside	Shellside
Increment	Temperature	Heat Transfer Coef.	Temperature	Heat Transfer Coef.
	C	btu/hr-F-ft2	C	btu/hr-F-ft2
				260,27
	20,75	605,26	52,8	261,29
	21,57	612,56	55,95	262,06
	22,44	620,38	59,5	262,89
	23,39	628,89	63,5	263,79
	24,42	638,17	67,99	264,76
	25,55	648,33	73,04	265,8
	26,79	659,41	78,7	266,91
	28,15	671,75	85,04	268,1
	29,66	685,7	92,12	269,35
	31,32	701,5	100,02
	32,94	713,48
	34,33	719,99
	35,52	725,45
	36,53	729,95
	37,38	733,63
	38,09	736,57
	38,67	738,88
	39,15	740,62
	39,53	741,87
	39,82	742,7

Из подробных результатов расчета теплообменника можно узнать значительно больше рассчитанных параметров таких как: коэффициенты теплоотдачи в трубном и межтрубном пространстве, перепад давления в трубном и межтрубном пространстве (данные параметры выделены жирным шрифтом в таблице), вязкость, плотность, скорость, теплоемкость и т.д. для обоих теплоносителей. Эти параметры, как правило, нужны для оптимизации работы теплообменников и расчетов оборудования связанного с ними в технологических схемах.

Рассмотрим, как нужно оформлять расчеты теплообменной аппаратуры, выполненные в специализированных программах на данном примере.

Задание: подобрать теплообменник для охлаждения потока толуола расходом 50 т/ч с температуры 100°С до температуры 50°С. В качестве хладагента использовать оборотную воду с начальной температурой 20°С, максимальная степень нагрева оборотной воды 40°С.

В качестве холодильника выбран нормализованный кожухотрубчатый теплообменник со следующими типовыми размерами.

По рекомендациям из литературы коэффициент термического сопротивления для оборотной воды хорошего качества 2900–5800 Вт/м²´К принимаем 3000. Для ароматических углеводородов коэффициент термического сопротивления 5560 Вт/м²´К.

Результаты расчета выбранного теплообменника представлены ниже

Схема работы теплообменника

Рис. 22.

Параметры работы холодильника

Запас поверхности теплообмена рассчитывается следующим образом:

Рассмотрим вариант расчета теплообменника с использованием всей имеющейся площади теплообмена, на данном примере. Для этого в окне
Basic… в поле Process Stream Specification необходимо выбрать спецификацию UA Exchange , а в окне Geometry в поле Area per Shell указать геометрическую (рассчитанную или паспортную площадь теплообменника).

Для того чтобы рассчитать теплообменник по данной схеме заполним окна Basic… и Geometry как показано на рис. 23 и 24. После заполнения соответствующих спецификаций рассчитаем схему заново.

Рис. 23.                                                Рис. 24.

Результат расчета теплообменника по схеме с полным использованием поверхности теплообмена представлен на рис. 25. Результаты расчета теплообменника приведены ниже.

Рис. 25.

EXTERNAL NAME        X-2        номер аппарата на схеме

U KCAL/HR/M2/C          549.5    общий коэффициент теплопередачи

NO. SHELLS                   1.000    количество аппаратов

SHELL PASSES                1.000    количество ходов теплоносителя по обечайке

TUBE PASSES                2.000    количество ходов теплоносителя по трубам

Q STR 1 KCAL/HR        -1.1829E+06 количество тепла снимаемое в аппарате

MEAN T. DIFF C               34.40    дифференциальная разница температур

RATING                           YES         включен уточненный расчет

CALC. AREA M2          62.580    геометрическая площадь поверхности теплообмена

Из результатов расчета видно, что общий коэффициент теплопередачи в аппарате практически не изменился, но изменились температуры теплоносителей на выходе из аппарата. Это произошло, потому что при данном способе расчета используется вся имеющееся площадь поверхности теплообмена, как это происходит в реальных технологических схемах. Поэтому желательно проверять все рассчитанные теплообменники подобным образом, чтобы в реально существующей технологической схеме не произошло нежелательных изменений технологических параметров. В нашем случае это изменение температур выходящих потоков теплоносителей, воды 42°С и толуола 45°С. Если эти изменения допускаются условиями работы технологической схемы, то рассчитанный аппарат можно оставить без изменений, в противном случае необходимо скорректировать расчет аппарата в связи с результатами расчета.

Рассмотрим подобную корректировку на нашем примере: так как толуол необходимо охладить до температуры 50°, а про ее уменьшение ничего не сказано то будем считать что получившееся в ходе расчетов температура 45°С удовлетворяет условиям задачи. Температура оборотной воды на выходе из аппарата составляет 42°С, а по условиям задачи максимально допустимое значение 40°С (это связано с эффективностью работы градирен), то есть данный технологический параметр необходимо скорректировать. Проще всего это сделать, изменив расход охлаждающей воды, подобрав его таким образом, чтобы температура оборотной воды на выходе была не более 40°С. Результаты нового расчета теплообменника представлены ниже:

Рис. 26.

EXTERNAL NAME        X-2        номер аппарата на схеме

U KCAL/HR/M2/C          553.5    общий коэффициент теплопередачи

NO. SHELLS                   1.000    количество аппаратов

SHELL PASSES              1.000    количество ходов теплоносителя по обечайке

TUBE PASSES                2.000    количество ходов теплоносителя по трубам

Q STR 1 KCAL/HR        -1.1985E+06 количество тепла снимаемое в аппарате

MEAN T. DIFF C            34.60    дифференциальная разница температур

RATING                           YES         включен уточненный расчет

CALC. AREA M2          62.580    геометрическая площадь поверхности теплообмена

Из расчетов видно, что при увеличении расхода охлаждающей воды до 59 т/ч её температура на выходе составляет 40°С, что удовлетворяет заданным условиям. Температура выхода толуола осталась неизменной 45°С, что тоже удовлетворяет поставленным условиям.

Необходимость проведения корректировочных расчетов, и какие из технологических параметров можно корректировать, определяется инженером проектировщиком (исполнителем) в каждом случае индивидуально исходя из задач решаемых проектируемой технологической схемой.

Оптимизация работы теплообменников.

Под оптимизацией работы теплообменников подразумевается такой их режим работы, при котором достигается наибольший коэффициент теплопередачи и соответственно наименьшая площадь поверхности теплообмена, а также меньшая металлоемкость.

Применительно к данному примеру можно сделать вывод, что выбранный теплообменник работает не эффективно так как рассчитанный коэффициент теплопередачи равен 553,5 ккал/(ч∙м²∙С), а ориентировочный коэффициент теплопередачи для подобных условий равен 687,8 ккал/(ч∙м²∙С). Основная причина уменьшения коэффициента теплопередачи это, как правило, низкая турбулизация потоков теплоносителей внутри аппарата. В нашем случае это означает, что подобный теплообменник рассчитан для больших нагрузок.

В случае использования теплообменных аппаратов с площадью поверхности теплообмена меньшей 150 м² почти никогда не удается добиться его эффективной работы, так как количество стандартных аппаратов малых размеров ограничено. Поэтому можно использовать либо один аппарат со средней площадью теплообмена, либо объединить несколько малых аппаратов в каскад.

При использовании каскада теплообменников происходит увеличение коэффициента теплопередачи из-за того, что линейные размеры малых аппаратов (диаметр кожуха и число труб) меньше чем в больших теплообменниках.

При уменьшении диаметра кожуха повышается скорость движения теплоносителя по межтрубному пространству, а следовательно увеличивается коэффициент теплоотдачи, и далее коэффициент теплопередачи.

При уменьшении числа труб в трубной решетке повышается скорость движения теплоносителя по трубному пространству, а следовательно увеличивается коэффициент теплоотдачи, и далее коэффициент теплопередачи.

Составим каскад теплообменников для нашего примера:

В качестве холодильника выбраны нормализованные кожухотрубчатыу теплообменники в количестве трех штук со следующими типовыми размерами.

Составим новую технологическую схему рис. 27 следующего вида:

Рис. 27.

Каскады теплообменников лучше всего рассчитывать при использовании всей площади теплообмена, т.е. по спецификации UA Exchange, но возможно использование других методов расчета при необходимости.

В каскады объединяются, как правило, одинаковые теплообменники.

Заполним для всех аппаратов на схеме необходимые спецификации, внеся туда геометрические размеры аппаратов, как показано на рис. 28-31

Рис. 28.                                                Рис. 29

Рис. 30.

                                                                      Рис. 31.

После заполнения спецификаций во всех трех аппаратах рассчитаем схему. Количество охлаждающей воды на этой схеме увеличено до 62 т/ч, для того чтобы получить температуру толуола на выходе 50°С, расход воды подобран как описывалось выше. Результат расчета схемы каскада из трех теплообменников представлен на рис. 32.

Рис. 32.

Параметры работы каскада теплообменников

Из результатов расчета видно, что коэффициенты теплопередачи в каждом из рассчитанных теплообменников стали больше ориентировочного, что свидетельствует о хорошей работе теплообменников. Однако данный каскад теплообменников применять на практике не следует так как общее падение давления на линии толуола составляет 3,7 кг/см², в практических условиях это как правило недопустимо.

Поэтому при расчетах теплообменной аппаратуры следует всегда обращать внимание не ее гидравлическое сопротивление.

При большом гидравлическом сопротивлении аппарата лучше использовать аппарат больших размеров, но с худшими показателями теплопередачи.

Применительно к данному примеру лучше использовать один теплообменник, выбранный в предыдущем разделе, чем каскад из трех малых аппаратов.

В каждом конкретном случае выбор того или иного варианта технологической схемы осуществляется индивидуально исходя из технологических и экономических показателей работы данной схемы.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Таблица 1

Параметры кожухотрубных теплообменников в соответствии с ГОСТ 15118–79, ГОСТ 15120–79 и ГОСТ 15122–79

 Таблица 2

Параметры кожухотрубных холодильников и конденсаторов с плавающей головкой
в соответствии с ГОСТ 14246–79 и ГОСТ 14247–79