НЕФТЕПЕРЕРАБОТКА

Расчёты поверхностных теплообменников

1. Записывается уравнение теплового баланса.
2. Вычисляются коэффициенты теплоотдачи.
3. Рассчитываются коэффициенты теплопередачи.
4. Определяется поверхность теплообмена.
5. Вычисляется температура стенки трубы теплообменной поверхности.
6. Рассчитывается средний температурный напор.

Уравнение теплового баланса

Чтобы расчитать поверхностные теплообменные аппараты записывается тепловой баланс, т.е. определяется количество тепла Q₁, отдаваемого охлаждающейся средой, и количество тепла Q₂, воспринимаемого нагреваемой средой. При наличии потерь тепла:

(1)

Выполняя расчеты холодильников и конденсаторов тепловые потери обычно не учитываются, т.е. принимается Q₂ = Q₁, что позволяет в результате вычислений получить запас по потреблению воды (воздуха) и охлаждающей поверхности.

Выполняя расчеты регенеративных теплообменников тепловые потери требуется учитывать, иначе может получится дефицит рассчётной поверхности нагрева.

Величины отдаваемого (Q₂) и воспринимаемого (Q₁) тепла вычисляются по формулам:

(2)

(3)

Уравнение теплового баланса можно записать в следующем виде:

(4)

Это общее уравнение, если под энтальпией горячего и холодного потоков рассматривать совокупность явного и скрытого тепла. Для варианта теплообмена сопровождающегося межфазным переходом среды, уравнение (4) может быть представлено в развернутом виде.

Так, первоначальная энтальпия теплоносителя, находящегося в состоянии перегрева, будет состоять из явного тепла нагрева исходной среды в жидкой фазе от 0 °C до температуры кипения tк этой среды при определенном давлении, скрытой теплоты поглощаемой при испарении данной среды и тепла перегрева от температуры tк до t, т.е.:

(5)

Если в теплообменнике присутствуют насыщенные пары, то третье слагаемое в уравнении (5) игнорируется и энтальпия среды определяется как:

(6)

Для среды, которая состоит из смеси жидкой фазы и насыщенных паров, величина энтальпии при температуре t определяется соотношением:

(7)

Если теплообменный процесс сопровождается изменением агрегатного состояния вещества из жидкого в твёрдое или из твёрдое в жидкое, то необходимо учитывать скрытую теплоту кристаллизации (плавления).Тогда энтальпия среды определится как:

(8)

Когда в теплообменном аппарате обращается среда, состоящая из нескольких компонентов с отличающимися тепловыми свойствами (скрытая теплота, теплоемкость), то тепловой баланс формулируется для каждого компонентов индивидуально. Тогда уравнение (2) можно записать следующим образом:

(9.1)

или

(9.2)

При прохождении через теплообменник паров без их конденсации, разность энтальпий запишется как:

(10)