Так как коэффициент теплоотдачи α_к зависит от перепада температур в пленке конденсата Δt_кон= t_s - t_w = Т₁ - t_ст1, то тепловой расчет должен проводиться методом подбора температуры стенки t_ст1 со стороны конденсирующегося пара. Этот расчет сопряжен с решением системы уравнений: 

     ,  (1.15) 

     где r_з1, r_з1 - термические сопротивления загрязнений от углеводородов и от воздуха соответственно;

          δ_ст - толщина стенки;

          λ_ст - теплопроводность материала стенки. 

     ,    (1.16) 

                            где ,

,

                                         . 

    

, 

, 

. 

    Результаты расчета удобнее представлять в таблице: 

      Таблица 2 - Результаты расчета температур в зоне теплообмена

 
 

                                              Δ=0,006 %; 

    Добившись удовлетворительной сходимости между значениями q₁ и q₂ (при температуре стенки 152,06˚С), определяем необходимую площадь поверхности теплообмена в зоне конденсации: 

     ,      (1.18) 

    

(м²). 

    2.5 Определение коэффициента теплоотдачи на участке охлаждения конденсата и поверхности теплообмена этого участка 

    Коэффициент теплоотдачи на участке охлаждения зависит от режима движения продукта. Для развитого турбулентного режима движения коэффициент теплоотдачи рассчитывают по формуле: 

     .    (1.19)

    Для предварительно выбранного аппарата число труб одного хода составляет n. Необходимо проверить режим движения продукта по трубам.

    При объемном расходе: 

      ,     (1.20) 

    

(м³/с). 

    Скорость движения продукта в трубах будет равной: 

     ,     (1.21) 

    

(м/с). 

    Критерии Рейнольдса и Прандтля определяются по формулам: 

     ,     (1.22) 

    

;

     ,          (1.23) 

    

;

    

 

    Коэффициент теплопередачи в зоне охлаждения, отнесенный к наружной поверхности условно неоребренной трубы, рассчитывается по уравнению: 

     ,    (1.24) 
 

    

. 
 

    Площадь поверхности теплообмена в зоне охлаждения составит: 

      ,    (1.25)

    где Dt_ср - средняя разность температур на участке охлаждения.  

      ,      (1.26) 

      ,      (1.27) 

      ,      (1.28) 

    где - большая и меньшая разности температур на концах поверхности теплообмена. 

. 

 
 

    

(м²). 

    Суммарная площадь поверхности теплообмена по гладкой поверхности теплообмена (по гладкой поверхности трубы у основания ребер) будет равна: 

    F = F₁ + F₂,      (1.28) 

    F=73,88+115,82=190 (м²). 

    

(м²) 

    По уточненному расчету проверяем правильность предварительного выбранного аппарата. Определяем запас поверхности теплообмена: 

          (1.28) 

    

 

    Вследствие того, что была взята наименьшая величина теплонапряженности аппарата (q=1000 Вт/м²), запас поверхности теплообмена отсутствует.

    3 АЭРОДИНАМИЧИСКИЙ РАСЧЕТ

 

    3.1 Расчет аэродинамического сопротивления пучка труб 

    Аэродинамическое сопротивление пучка труб определяется по формуле: 

        (2.1) 

    где ρ_в - плотность воздуха при его начальной температуре, кг/м³;

    W_уз - скорость воздуха в узком сечении трубного пучка, м/с;

    n_в - число горизонтальных рядов труб в пучке;

    d_н = 0,028 м - наружный диаметр трубы;

    S_р = 0,0035 м - шаг ребер. 

      

    Рисунок 5 - Оребренная биметаллическая труба 

    Критерий Рейнольдса, отнесенный к диаметру труб d_н, определяется по формуле: 

           (2.2) 

    где ν_ср - кинематическая вязкость воздуха при средней температуре воздуха, м²/с. 

    

, 

    

(Па). 

    3.2 Расчет мощности электродвигателя к вентилятору 

    Мощность, потребляемая вентилятором, находится по формуле: 

     ,     (2.3) 

    где η - к.п.д. вентилятора, принимается в пределах η = 0,62-0,65. 

    

кВт. 

    При подборе электродвигателя расчетную мощность следует увеличить на 10% для обеспечения пуска двигателя. Поэтому действительная мощность двигателя: 

    N_э.д.=1,1·N,      (2.4) 

    N_э.д.=1,1·9,63=10,6 кВт. 

    При подборе вентилятора следует учитывать, что в аппараты воздушного охлаждения зигзагообразного типа (длина труб 6 м) устанавливается один вентилятор. По рассчитанным параметрам подбирается вентилятор (таблица 4).

      По рассчитанным параметрам подбираем вентилятор ГАЦ-27-3.

      По расчетам подобран аппарат воздушного охлаждения

АВЗ-14,6-0,2-Б1-15-П/4-8-6 УХЛ1

      Таблица 3 - Общие технические характеристики аппарата воздушного охлаждения зигзагообразного типа (АВЗ)

 

    Таблица 4 - Основные технические параметры рабочего колеса вентилятора АВО  ГАЦ-27-3

    

    4 РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ

 

    4.1 Определение размеров крышки и трубной решетки секции 

    Длина и ширина крышки и решетки определяются исходя из количества труб в горизонтальном и вертикальном рядах секции.

    Количество труб в горизонтальном ряду: 

        (3.1) 

    

. 

    Количество труб в вертикальном ряду: 

    Z₂=4. 

    Шаг между трубами в горизонтальном ряду для АВО с коэффициентом оребрения φ=14,6 t₁=58 мм.

    Шаг между трубами в вертикальном ряду определяется по формуле: 

          (3.2) 

    

(мм). 

    Таким образом, шаг между трубами в вертикальном ряду для АВО с коэффициентом оребрения φ=14,6 t₂=50 мм.

    Эскиз крышки и трубной решетки секции аппарата воздушного охлаждения приведен на рисунке 2.1.

    

 

    Рисунок 6 - Камера аппарата воздушного охлаждения разъемной конструкции