Расчет кожухотрубчатого холодильника
Рассчитаем и подберём стандартный кожухотрубный холодильник (холодильник потока газа) для охлаждения 
= 1 кг/с газовой смеси, содержащей аммиак, от Т1 = 450ºС до Т2 = 25ºС водой с t1 =20ºС и t2=40ºС. Аммиак при средней температуре Тср =(25+450)/0,5=238ºС, имеет следующие характеристики: ρг = 1,42 кг/м3; Сг = 2076 Дж(кг∙К); μг = 0,18∙10–3 Па∙с; λг = 0,0314 Вт/(м∙К).
Вода при средней температуре tср=(20+40)/0,5=30ºС имеет следующие характеристики: ρх =995,7 кг/м3; Сх = 4184 Дж(кг∙К); μх =0,82∙10–3 Па∙с; λх =0,611 Вт/(м∙К).
Определим тепловые нагрузки
Qг=Cг(Т2 – T1)
Qх=
Cх(t1 – t2),
Qг=8,3∙2076 ∙ (450 – 20) = 5600010 Вт.
Определим расход воды из уравнения теплового баланса
Qх = Qг.
кг/с.
Определим среднюю разность температур при противоточном движении теплоносителей
450 → 25
40 ← 20
Ввиду того, что ∆tб/∆tм = 410/5 ≈ 82 < 2, определять средний температурный напор tср следует по формуле
;
tср 
ºС.
Определим режим движения теплоносителя в трубах. В соответствии с условием задания для расчета холодильника газовую смесь целесообразно направлять в трубное пространство, а воду – в межтрубное.
Принимая ориентировочное значение Reор = 25000, определяем, какое число труб диаметром 25
2 мм потребуется на один ход в трубном пространстве при турбулентном режиме движения
n
,
где dэ – эквивалентный диаметр, м;
μг – вязкость аммиака, Па∙с.
n 
.
Принимаем одноходовой кожухотрубный теплообменник со следующей характеристикой: диаметр кожуха – 400 мм; число труб – 111.
Уточняем значение коэффициента Рейнольдса
Re
Следовательно, режим движения аммиака – турбулентный.
Определим коэффициент теплоотдачи для аммиака
Критерий Прандтля для аммиака при средней температуре 60ºС
Pr 
Критерий Нуссельта
,
где 
– множитель, учитывающий направление теплового потока;
εг – поправочный коэффициент, учитывающий влияние на коэффициент теплоотдачи отношения длины трубы l к ее диаметру d.
Nu
.
αг
Критерий Прандтля для воды при средней температуре 30 ºС
Pr 
.
Определяем скорость движения воды в межтрубном пространстве
,
где D – диаметр кожуха теплообменника, м;
n – число труб, шт.;
d – внутренний диаметр теплообменника, м.
ωв
м/с.
Для определения критерия Рейнольдса находим значение эквивалентного диаметра
dэ
м.
Re 
Следовательно, режим движения – переходный.
Определяем значение критерия Нуссельта
Nu
.
Коэффициент теплоотдачи от стенки к охлаждающей воде равен
αх
Термическое сопротивление загрязнений со стороны аммиака 
, со стороны воды 
.
Трубы теплообменника выполнены из нержавеющей стали, коэффициент теплопроводности которой λст=17,5
.
Коэффициент теплопередачи
,
где δст – толщина стенки, м.
.
Требуемая площадь поверхности теплопередачи определяется по формуле
F
м2.
Принимаем к установке один одноходовой кожухотрубный теплообменник типа ТН со следующей характеристикой: площадь поверхности теплообмена 35 м2; диаметр корпуса 400 мм; диаметр труб 252 мм; длина труб 4 м; число труб 111; число сегментных перегородок 14; число труб по диагонали шестиугольника 13.
Запас площади теплообмена
.
