Расчет и подбор регенеративного и помежуточного теплообменника

6.2 Расчет и подбор регенеративного и помежуточного теплообменника

 

ПОДБОР ПРОМЕЖУТОЧНОГО ТЕПЛООБМЕННИКА

Промежуточные теплообменники применяются в холодильных установках, работающих по двухступенчатому циклу, для охлаждения перегретых паров после низко ступени. Охлаждение производится с помощью дросселирования перегретых паров в полость промежуточного теплообменника, где они кипят при промежуточном давлении. Одновременно с паром охлаждается жидкий холодильный агент, проходящий в змеевике из конденсатора к регулирующему вентилю.

Промежуточный теплообменник (рис.1) представляет собой сварной цилиндрический аппарат, снабженный патрубками и штуцерами для подключения парообразного и жидкого холодильного агента, приборами автоматики, предохранительным клапаном, манометром и др.

Задача: По исходным данным в результате расчета подобрать промежуточный теплообменник.

Исходные данные:

Массовый расход R22 в каждой ступени: G_нд=0,336кг/с;G_вд=0,449кг/с;

Энтальпии в точках 9;10: i₉=396 кДж/кг;i₁₀=600 кДж/кг;

Промежуточная температура и в точках 6;7: t_m=-10⁰C;t₆=26⁰C;t₇=-5⁰C;

Коэффициент теплопередачи: K=750кВт/м²К;

Для промежуточного теплообменника производится расчет по определению необходимой поверхности змеевика.

Площадь теплообменной поверхности:

F_П.Т=Q_П.Т /(К_П.Т*Dt_ср.) , м

F_П.Т=17×10³ /(750*20,5)=1.106 м², где

Нагрузка на промежуточный теплообменник:

Q_П.Т=(G_В.Д-G_Н.Д)(i₁₀ – i₉ )=(0,449-0,366)(600-396)=17 кВт.

Коэффициент теплопередачи: К_П.Т=750 Вт/ м²К,

Средняя температура:

Dt_CP=(t₆+t₇)/2- t_m=[26+(-5)]/2-(-10)=20,5°C,

Подбираем промежуточный теплообменник марки ИТВР [6]

ПОДБОР И РАСЧЕТ РЕГЕНЕРАТИВНОГО ТЕПЛООБМЕННИКА

Регенеративный теплообменник – это теплообменный аппарат, в котором происходит перегрев паров ХА поступающих на 1ю ступень сжатия и переохлаждение жидкого ХА от конденсатора к РВ. Во всех регенеративных теплообменниках переохлаждаемый жидкий ХА и перегреваемый пар движутся противотоком.

Задача: По исходным данным в результате расчета подобрать регенеративный теплообменник

Исходные данные:

Массовый расход R22 в ступени высокого давления:G_вд=0,449кг/с;

Энтальпии в точках 5;6: i₅=442 кДж/кг;i₆=434 кДж/кг;

Температура в точках 1;5;6;11: t₁=-25⁰C;t₅=34⁰C;t₆=-26⁰C;t₁₁= -42⁰C;

Коэффициент теплопередачи: K=150 кВт/м²град;

Для регенеративного теплообменника производится расчет по определению необходимой поверхности змеевика:

Площадь теплообменной поверхности:

F_РТ=Q_РТ/(k*D t_СР);

F_РТ=3,592/(0,15*63,5)=0,377м², где

Нагрузка на регенеративный теплообменник:

Q_РТ=G_ВД(i₅-i₆)=0.449(442 – 434)=3,592кВт.

Коэффициент теплопередачи: K=150 Вт/м²град.

Средняя температура:

Dt_СР=(t₅+t₆)/2-(t₁+t₁₁)/2=(34+26)/2-((-25)+(-42))/2=63,5°C

  Подбираем регенеративный теплообменник марки T-0,7б;

Марка	F;m2	Масса;кг	Габариты
Т-0,7	0,7	19,3	193*134*711

6.3 Подбор и расчет конденсатора

 

Конденсатор - это теплообменный аппарат, в котором происходит отдача тепла рабочим телом окружающей среде и изменение агрегатного состояния, т.е. его конденсация.

Конструкции конденсаторов разнообразны. За основу их классификации приняты различные признаки. В холодильных установках применяются следующие типы конденсаторов: панельно-погружные, элементные, кожухотрубные (вертикальные и горизонтальные), оросительные с промежуточным отводом хладоагента, испарительные, воздушные.

В судовых установках нашли применение кожухотрубные (горизонтальные) конденсаторы и конденсаторы с воздушным охлаждением.

Горизонтальные кожухотрубные конденсаторы являются наиболее распространенным типом судовых теплообменных аппаратов для холодильных установок холодопроизводительностью от 1000 до 350 000 Вт и применяется для большинства холодильных агентов. Конденсаторы малой производительноси располагают обычно под компрессором, а конденсаторы большой производительноси располагают отдельно от компрессора.

Кожухотрубный конденсатор состоит из кожуха с приваренными по концам трубными решетками, в которых развальцованы или заварены трубы (рис. 3). По трубам протекает охлаждающая вода, а межтрубное пространство заполнено паром конденсируемого холодильного агента. Трубные решетки закрываются крышками с перегородками, изменяющими направление движения воды.

Нагнетаемый компрессором пар подается в кожух сверху. Жидкость отводится либо непосредственно из кожуха, либо из специального сборника, приваренного к корпусу.

В холодильных установках, не имеющих линейных ресиверов, нижняя часть кожухотрубного конденсатора служит емкостью для сбора жидкого холодильного агента (рис. 3). Высота столба жидкости в кожухе должна быть не менее 50—75 мм, а в крупных конденсаторах не менее 100 мм. При малой высоте столба жидкости над отверстием трубопровода в слое жидкости образуется воронка, способствующая попаданию несконденсировавшегося пара и газов в жидкостной трубопровод.

Кожух конденсатора должен быть снабжен патрубками для подвода пара, отвода жидкости и масла, а также для подключения указателей уровня, предохранительного клапана и воздухоотделителя. Кроме того, кожух снабжается лапками для крепления конденсатора на фундаменте.

Трубные решетки конденсатора изготовляются стальными с последующей заливкой красной медью, а также из морской латуни. В трубных решетках развальцованы или заварены трубы, являющиеся теплообменной поверхностью конденсатора. Применяются гладкие и оребренные трубы. Оребрение теплообменных труб кожухотрубных конденсаторов, как правило, осуществляют с помощью накатки наружной поверхности на трубонакатном станке.

К трубным решеткам присоединены на болтах крышки, снабженные перегородками, образующими отдельные полости в конденсаторе. Перегородки в крышках конденсатора должны быть расположены таким образом, чтобы при заполнении труб водой в них не образовались воздушные мешки, а при опорожнении не оставалась вода. В верхней части одной из крышек помещен кран для выпуска воздуха, в нижней — кран для спуска воды.

Крышки должны быть снабжены контрольными штифтами или шпильками, расположенными несимметрично, чтобы крышки можно было устанавливать только в одном правильном положении.

Задача: По исходным данным в результате расчета подобрать кожухотрубный конденсатор.

Исходные данные:

Температуры:t_w1=27⁰C;t_w2=31⁰C;t_к=34⁰C;

Коэффициент теплопередачи: K=450 кВт/м²град;

Индикаторная мощность обоих ступеней N_iНД=20,795 кВт;N_iВД=22,851кВт;

Действительная холодопроизводительность:Q_0Д=73,7кВт;

Расчет:

Площадь теплообменной поверхности:

F_К.Д=Q_K /(k*q_m) =(117,35×10³ /(450*4.73)=55,133 м² , где

Q_K-тепловая нагрузка:

Q_K=Q_од+ N_{i Н.Д}+ N_{i В.Д} =73,7+20,795+22,851=117,35кВт,

Среднелогарифмическая разность температур:

q_m=t_w2-t_w1 /[ 2,3lg (t_K-t_w1) / (t_K-t_w2)];

t_w1-температура воды на входе в конденсатор;

t_w2-температура воды на выходе из конденсатора;

q_m=31-27 /[ 2,3lg (34-27) / (34-31)=4,73.

По площади теплообменной поверхности выбираем конденсатор МКТНР-63,

Таблица .4 Техническая характеристика конденсатора.

марка	площадь внутренней теплопередающей поверхности, м2	число труб	Диаметр Кожуха D; мм.	Объем V; м.
МКТНР-63	63	218	426	0,2125

Подбираем насос для рассольного охлождения:

V=Q₀/(C_pPt_p)=73,75/1286*2,638*3=0,00725 м³/с

Где С_р=1286 -теплоемкость рассола; =2,638-плотность рассола,

t_р-разность температур входящего и выходящего в испаритель рассола.

По подаче V=0,00725 м³/ч берем насос типа НЦВ-40/20,(рис.5)

Тип насоса	Напор,кПа	Подача,м3/ч	Потребляемая мощность,кВт
НЦВ-40/20	196	0,011	4,5