محاسبه ناحیه انتقال گرما درست مهمترین مرحله در طراحی مبادله گرما پوسته و لوله است.در حالی که یک واحد بیش از حد بزرگ سرمایه را هدر می دهد و ممکن است باعث سرعت پایین لوله شود که منجر به آلودگی می شوداین راهنما روش کامل محاسبه را با یک مثال عملی انجام می دهد.
تمام اندازه گيري مبادله گرما از اينجا شروع ميشه:
Q = U × A × LMTD
تنظیم مجدد برای حل مساحت:
A = Q / (U × LMTD)
محاسبه Q از تراز انرژی مایعات فرآیند:
Q = ṁ × cp× ΔT
کجاṁسرعت جریان جرم (kg/s)cpگرمای خاص (J/kg·K) است وΔTتغییر دمای مایع است.
مثال:خنک کردن آب فرآیند 10 kg/s از 80°C تا 40°C (cp≈ 4,180 J/kg·K):
Q = 10 × 4،180 × (80 - 40) =1۶۷۲ کیلو وات
تفاوت میانگین دمای لاگ برای تغییرات دمایی در امتداد طول مبدل حساب می شود. برای پیکربندی جریان مخالف:
LMTD = (ΔT1 - ΔT2) / ln ((ΔT1 / ΔT2)
در حالی که ΔT1 و ΔT2 تفاوت های دمایی در هر انتهای مبادله کننده هستند:
| پایان | طرف داغ | طرف سرد | ΔT |
|---|---|---|---|
| ورودی (ΔT1) | 120°C (گرم در) | ۳۵ درجه سانتیگراد (در هوای سرد) | 85°C |
| خروجی (ΔT2) | 80 درجه سانتیگراد (در خارج گرم) | 20°C (در داخل سرد) | ۶۰ درجه سانتیگراد |
LMTD = (85 - 60) / ln ((85/60) = 25 / 0.3483 =71.8°C
برای پیکربندی های چند گذر یا جریان متقاطع، با ضریب اصلاح F (0.8~1.0) بر اساس استانداردهای TEMA ضرب شود.
ضریب انتقال حرارتی کلی U نشان دهنده مقاومت حرارتی ترکیبی از هدایت دیواره لوله، آلودگی در هر دو طرف و ضریب فیلم کنوکتوی است. محدوده های معمول:
| خدمات | جفت مایعات | U (W/m2·K) |
|---|---|---|
| آب / آب | آب فرآوری / آب خنک کننده | 800 ¥1500 |
| روغن / آب | روغن سبک / آب خنک کننده | ۳۰۰۵۰۰ |
| گاز / آب | گاز دود / آب تغذیه دیگ | 30 ¢60 |
| بخار / آب | بخار تهویه / آب خنک | 1،500،4000 |
| مواد شیمیایی / آب | محلول ارگانیک / آب خنک کننده | 250 ¢ 600 |
برای مثال ما، انتخاب U = 1200 W / m2 · K برای سرویس آب به آب.
مقادیر رو به معادله ی مرتب شده اضافه کنید:
A = Q / (U × LMTD) = 1672،000 / (1,200 × 71.8) =19.4 متر
اضافه کردن 10 ٪ 15٪ حاشیه طراحی برای آلودگی و تغییرات عملیاتی:
Aطراحی= 19.4 × 1.15 =22.3 متر مربع
مساحت مورد نیاز به طور فیزیکی توسط بسته لوله فراهم می شود:
A = n × π × do× L
کجاnتعداد لوله هاdoقطر بیرونی لوله است وLطول موثر لوله است.
با استفاده از لوله های OD 19.05 میلی متر با طول موثر 3000 میلی متر:
مساحت هر لوله = π × 0.01905 × 3.0 =0.1795 متر مربع
لوله های مورد نیاز = 22.3 / 0.1795 =125 لوله
| عامل | تاثیر | راهنما |
|---|---|---|
| فولینگ | با گذشت زمان U را کاهش می دهد | شامل مقاومت ضد آلودگی TEMA؛ اضافه کردن 10 ٪ 25٪ حاشیه ایمنی |
| تنظیم جریان | ضد جریان LMTD را به حداکثر می رساند | در صورت امکان از جریان مخالف استفاده کنید؛ فاکتور F را برای چند گذر استفاده کنید. |
| طرح لوله | بر جریان سمت پوسته و U تاثیر می گذارد | فاصله مثلث برای یک فاز؛ مربع چرخش برای خدمات فولینگ |
| فاصله گشایش | کنترل سرعت سمت پوسته | برش: 25٪؛ فاصله: 0.2×1.0 × ID پوسته |
| محدودیت سرعت | بیش از حد کم → آلودگی؛ بیش از حد بالا → فرسایش | مایع: 1 ¢3 m/s؛ گاز: 15 ¢30 m/s |
نیاز به یک شیل سفارشی و مبادله گرما لوله طراحی شده به مشخصات فرآیند خود را؟تماس با گروه Yuhongبرای پشتیبانی مهندسی و نقل قول رقابتی. ما مبادلات گرما کامل، بسته های لوله، ورق لوله، بافل ها و سر های شکل دار را با گواهینامه ASME کامل تامین می کنیم.
