В трубном пучке каждая труба может иметь индивидуальный прогиб. Для исключения контакта ребер верхнего ряда труб с ребрами труб нижнего ряда между соседними рядами в нескольких местах по длине трубы помещают дистанционные прокладки 5 шириной около 15 мм из алюминиевой ленты толщиной 2 мм. 
 
 
 
 
 
 

а -- шатровый; б -- зигзагообразный

      Рисунок 3 - Схемы аппаратов воздушного охлаждения АВЗ

      Крышки 6 крепят к трубным решеткам теплообменных секций при высоком давлении неразъемно или на шпильках. Если секция аппарата многоходовая, крышки снабжают перегородками, которые делят трубный пучок на ходы. Съемные крышки обычно выполняют литыми из стали.Как указано, трубы в аппаратах воздушного охлаждения имеют оребрение по наружной поверхности, поскольку коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности труб примерно на порядок меньше коэффициента для внутренней поверхности.

      В аппаратах воздушного охлаждения используют вентиляторы с диаметром колеса до 7 м. Колеса вентиляторов изготовляют сварными из алюминия или из стеклопласта, диффузор -- из листовой стали толщиной 2 мм. Холодильники АВГ с трубами длиной 8 м комплектуют двумя одинаковыми вентиляторами и электродвигателями (по одному вентилятору и двигателю на каждые 4 м длины труб).

      Электродвигатели привода могут быть одно- и двухскоростными. При использовании двухскоростных электродвигателей с понижением температуры окружающей среды можно работать при меньшей частоте вращения вентилятора. 
 

      Рисунок 4 -  Теплообменная секция АВО

    ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

 

    Подобрать АВО для конденсации и охлаждения паров, отводимых с верха ректификационной колонны. Установка депарафинизации, расположенная в городе Красноярск. Продукт - фенол. Производительность G=12000кг/час. Давление на входе P_вх=0,2 МПа. Начальная температура продукта T_вх=160°C, конечная температура T_вых= 50°C.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

     2 РАСЧЕТ И ПОДБОР ТЕПЛООБМЕННИКА

 

    2.1  Определение теплофизических свойств продукта 

    Поскольку трубное пространство аппарата по принципу действия близко к аппаратам идеального вытеснения, его можно разделить на две зоны: конденсации и охлаждения конденсата. В зоне конденсации температуру можно принять постоянной и равной T_вх, а в зоне охлаждения конденсата теплофизические свойства определяются при средней его температуре. Все свойства конденсата удобно представить в таблице: 

Таблица 1 - Теплофизические свойства конденсата

 

    Зависимость плотности от температуры выражается линейным уравнением: 

     ,                                     (1.1) 

где - соответственно плотности при искомой температуре t и 20°С, г/см³;

a - температурный коэффициент по линейной зависимости от : 

,                            (1.2) 

;

(кг/м³);

(кг/м³). 

    2.2 Тепловая нагрузка и предварительный подбор АВО 

    Тепловая нагрузка аппарата складывается из тепла конденсации продукта и тепла его охлаждения до конечной температуры: 

    Q = Q₁ + Q₂      (1.3) 

    Количество тепла, выделяющегося при конденсации, определяем по формуле: 

    Q₁ = GЧr,      (1.4) 

    

(Дж/ч). 

    Количество тепла, выделяющегося при охлаждении конденсата: 

    Q₂ = GЧ (q_Tвх - q_Твых) = GЧc₂Ч (Т_вх - Т_вых),   (1.6) 

    где q_Tвх,q_Твых- энтальпия конденсата при температуре входа и выхода соответственно. 

    

(Дж/ч). 

(Дж/с). 
 

Определяется необходимая теплопередающая поверхность: 

      ,     (1.7) 

    где q - теплонапряженность аппарата, Вт/м². 

    При предварительном подборе аппарата воздушного охлаждения выбирается величина теплонапряженности, отнесенная к оребренной поверхности. Для всех типов АВО величина теплонапряженности принимается равной: 

    q = 1000 ё 2100 (Вт/м²). 

    Примем q = 1000 Вт/м², тогда 

    

(м²). 

    В соответствии с полученным значением поверхности F подбираем соответствующий аппарат воздушного охлаждения.

    Предварительно выбираем аппарат воздушного охлаждения зигзагообразного типа с коэффициентом оребрения труб 14,6, с 4 рядами труб, с 8 ходами по трубам, общее количество труб в секции 82,в аппарате 492,в одном ходу 21, длина труб 6 м,  с поверхностью теплообмена 3750 м², внутренний диаметр трубок 0,022 м.

 

     2.3 Определение коэффициента теплоотдачи со стороны воздуха 

    Приведенный коэффициент теплоотдачи, отнесенный к наружной поверхности условно неоребренной трубы для труб с накатанными ребрами при коэффициенте оребрения 14,6, можно определить из выражения: 

    a_пр = с₁Чa₂      (1.8) 

     ,     (1.9) 

    где w_уз - скорость воздуха в узком сечении пучка труб, м/с;

      l_в, r_в, m_в - свойства воздуха при средней температуре;

      с₁, с₂ - множители, которые в зависимости от коэффициента оребрения имеют следующие значения: при j_ор =14,6, с₁=0,65 и с₂ =0,48.

Скорость воздуха в узком сечении определяется из уравнения расхода: 

     ,     (1.10)  

    где f_м - наименьшая площадь сечения межтрубного пространства, м²;

    V_в - расход воздуха, м³/с. Определяется при средней температуре воздуха t_ср из уравнения теплового баланса (1.12).

При коэффициенте оребрения j_ор =14,6 и длине труб L = 6 м f_м=11,4 м².

Средняя температура воздуха определяется по уравнению: 

    t_ср = 0,5Ч(Т₃ + Т₄)     (1.11) 

    где Т₃ - температура воздуха на входе в аппарат, °С;

    Т₄ - температура воздуха на выходе из аппарата, °С. 

    При расчете аппаратов воздушного охлаждения необходимо обоснованно выбирать расчетную (проектную) температуру воздуха на входе в аппарат. В качестве расчетной рекомендуется принимать среднюю температуру сухого воздуха в 13 часов дня наиболее жаркого месяца в году. Снижение расчетной температуры воздуха может привести к понижению производительности технологических установок в летнее время, а чрезмерное завышение расчетной температуры значительно увеличит капитальные затраты.

    Температура воздуха на выходе из аппарата принимается на 10-15°С выше конечной температуры охлаждаемой жидкости, но не более 60 °С. 

    t_ср=0,5Ч(24,2 + 60)=42,1°С=315,1К. 

    Уравнение теплового баланса: 

     ,   (1.12) 

    где G₁ - производительность аппарата, кг/час;

      q_Tвх,q_Твых- энтальпия конденсата при температуре входа и выхода соответственно, кДж/кг;

      G₂ - количество необходимого воздуха, кг/час;

      С_р3, С_р4 - теплоемкость воздуха при начальной (Т₃, °С) и конечной температуре (Т₄, °С), кДж/кгЧК.

      Из уравнения (1.12) объемный расход воздуха: 

      ,    (1.13) 

                               (м³/с); 

                                        (м/с); 

    

. 

    2.4 Определение коэффициента теплоотдачи при конденсации продукта и определение площади поверхности теплообмена в зоне конденсации 

          Коэффициент теплоотдачи со стороны продукта будет иметь одно и то же значение как в случае использования гладкой наружной поверхности трубы, так и в случае оребренной. Расчет коэффициента теплоотдачи со стороны конденсирующихся паров продукта определяют по формуле: 

         (1.14) 

          где К_L - поправочный коэффициент, учитывающий длину горизонтальных труб: при длине труб 6 метров коэффициент K_L = 0,7;

      С - поправочный коэффициент (для горизонтальных труб С=0,72);

      l - определяющий геометрический параметр (для горизонтальных  
труб l=d_вн);

      t_s - температура конденсации, ˚С;

      t_w - температура стенки, на которой конденсируется пар, ˚С.