Verzeichnis der Berechnungsbeispiele 13

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1 7 Inhaltsverzeichnis Verzeichnis der Berechnungsbeispiele 13 1 Wärmetauscherauslegung Vorgehensweise bei der Wärmetauscherauslegung Informationen zu Wärmetauschern Rohranordnung Beipass-und Leckageströmung Umlenkbleche Technische Hinweise Auswahl eines Rohrbündelwärmetauschers 35 2 Ermittlung der wirksamen Temperaturdifferenzen LMTD und CMTD Logarithmische Temperaturdifferenz LMTD für idealen Gegenstrom Temperaturdifferenz CMTD für mehrgängige Wärmetauscher TEMA-Typ E Einfluss der Beipassströmung auf LMTD Mittlere gewogene Temperaturdifferenz WMTD Berechnung der Wärmetauscheraustrittstemperaturen für einen mehrgängigen Wärmetauscher mit nichtidealem Gegenstrom und idealem Gegenstrom Berechnung der Austrittstemperaturen in einem mehrgängigen Wärmetauscher unter Berücksichtigung des Temperaturwirkungsfaktors F für nichtidealen Gegenstrom Berechnung der Austrittstemperatur t W2 bei idealem Gegenstrom ohne F 49 3 Berechnung der Wärmeübergangszahlen und Druckverluste beim konvektiven Wärmeübergang Rohrseitige Wärmeübergangszahl Mantelseitige Wärmeübergangszahl Vergleich verschiedener Rechenmodelle Vergleich der Wärmeübergangszahlen bei Längs- und Querströmung auf der Mantelseite von Wärmetauschern Druckverlustberechnungen in Rohrbündelwärmetauschern Rohrseitiger Druckverlust AP R Mantelseitiger Druckverlust Wärmetauscherauslegung mit Wärmetauscher-Tabellen 79

2 8 Inhaltsverzeichnis 4 Geometrische Wärmetauscherberechnungen Berechnungsformeln Rohrseitige Berechnungen Mantelseitige Berechnungen 94 5 Dimensionslose Kennzahlen für den Wärmeübergang Reynoldszahl Re zur Kennzeichnung des Strömungszustandes Prandtlzahl Pr zur Kennzeichnung der Stoffeigenschaften Nusseltzahl Nu zur Berechnung der Wärmeübergangszahl Stantonzahl St zur Berechnung der Wärmeübergangszahl Colburnfaktor J c zur Berechnung der Wärmeübergangszahl Kern-Wärmeübergangsfaktor J K zur Berechnung der Wärmeübergangszahl Graßhofzahl Gr zur Bestimmung der Wärmeübergangszahl bei Eigenkonvektion Wärmedurchgangszahl und Temperaturprofil Berechnung derwärmedurchgangszahl Berechnung des Temperaturgradienten beim Wärmedurchgang durch die Wärmewiderstände im Wärmetauscher Viskositätskorrektur und Ermittlung der Wandtemperaturen Berechnung der Wärmeübergangszahl aus der Wärmedurchgangszahl Verfahrenstechnische Berechnungen Dampfdruckberechnungen Phasengleichgewicht zwischen der Flüssig- und der Dampfphase nach den Gesetzen von Dalton und Raoult für ideale Gemische Siedepunktsberechnung Taupunktberechnung Berechnung von Tau-und Siedelinien idealer Binärgemische Flash-Berechnungen Kondensations-bzw. Flashkurve von Binärgemischen Berechnung unidealer Binärgemische Flashberechnungen für Mehrstoffgemische Auslegung von Kondensatoren Bauarten von Kondensatoren Berechnung derwärmeübergangszahlen bei isothermer Kondensation Einflussgrößen auf die Wärmeübergangszahlen Vergleich verschiedener Berechnungsmodelle 170

3 Inhaltsverzeichnis Kondensation mit Inertgas Kondensation von Mehrstoffgemischen Verschiedenes Druckverlust im Kondensator Kondensatablaufrohr Schluckfähigkeit Kopfkondensatoren auf Kolonnen Berechnung des Druckverlustes beim Kondensieren in den Rohren Maximale Kondensatbelastung in horizontalen Rohren Flutbelastung in Rückflusskondensatoren Auslegung von Verdampfern Verdampfungsprozess Behältersieden Strömungssieden Entspannungsverdampfung Verdampferbauarten Thermosiphonverdampfer Vertikaler Thermosiphonumlaufverdampfer Horizontaler Thermosiphonumlaufverdampfer Thermosiphondurchlaufverdampfer Zwangsumlaufverdampfer Entspannungsverdampfer Rohrbündelverdampfer (Kettle-Verdampfer) Interne Verdampfer Fallfilmverdampfer Auslegung von Verdampfern für Blasensieden Praktische Auslegung mit Beispielen Dimensionierung von Kettle-Reboilern Hydraulische Auslegung Wärmetechnische Auslegung Zulässige Blasenaufstiegsgeschwindigkeit Zulässige Wärmestromdichte im Kettleverdampfer Tropfen-Mitreißen Auslegung von Fallfilmverdampfern Auslegung von Thermosiphonverdampfern Wärmetechnische Berechnungen Erforderliche Umlaufmenge W im Thermosiphonkreislauf Abschätzung der benötigten Reboilerfläche A Berechnung der Wärmeübergangszahl für die Verdampfung 233

4 10 Inhaltsverzeichnis Berechnung der Wärmeübergangszahl a kon für das konvektive Sieden bei der durch die Verdampfung erhöhten Strömungsgeschwindigkeit des 2-Phasen- Gemisches Berechnung der Wärmeübergangszahl a Sied für das Blasensieden nach Mostinski mit dem Korrekturfaktor S für unterdrücktes Blasensieden Berechnungen für einen vertikalen Thermosiphonverdampfer Berechnungen für einen horizontalen Thermosiphonverdampfer Typ AJL oder AHL mit der Querströmung zwischen den Rohren von unten nach oben Berechnungen für einen horizontalen Thermosiphonverdampfer Typ AEL mit der Längsströmung um die Rohre ohne Umlenkbleche Berechnung der Strömungsgeschwindigkeit w im Verdampfer Berechnung der 2-Phasen-Dichte und der mittleren Dichte im Reboiler Berechnung der 2-Phasen-Dichte p eines Dampf-Flüssigkeit-Gemisches: Berechnung der mittleren Dichte p 3 im Reboiler aus der Dichte der Flüssigkeit p F und der Dichte des 2-Phasen-Gemisches p 2Ph Ermittlung der erforderlichen Höhe Hl für den Thermosiphonumlauf bzw. des maximal zulässigen Druckverlustes AP im Thermosiphonumlauf Berechnung der erforderlichen Höhe H1 zur Überwindung des Druckverlustes AP mit dem Sicherheitsfaktor S Berechnung des maximal zulässigen Druckverlustes AP max im Thermosiphonumlauf bei vorgegebenen Höhen H1 und H2 und H Auswirkungen der Höhe H1 auf Umlaufmenge, Druckverlust, Temperaturdifferenz und Wärmeleistung von Thermosiphonverdampfern Auslegung von Riser-und Downcomerdurchmesser Berechnung der Druckverluste im Thermosiphonumlauf Berechnung des Druckverlustes im Downcomer Berechnung des Reibungsdruckverlustes für 2-Phasen-Strömung AP 2Ph im Verdampfer Berechnung des Beschleunigungsdruckverlustes im Verdampfer Reibungsdruckverlust im Riser für die 2-Phasen-Strömung Reboiler-Kennlinien Berechnung der benötigten Reboilerlänge bzw. -fläche für die Aufheizung auf Siedetemperatur und für die Verdampfung in vertikalen Thermosiphonverdampfern Berechnung der Rohrhöhe L Heiz bzw. der Austauschfläche A Heiz zur konvektiven Aufheizung des Produkts bis zur Siedetemperatur Ermittlung der Rohrhöhe L Verd bzw. der Austauschfläche A Verd für das Verdampfen Benötigte Heizlänge für vertikale Thermosiphonverdampfer nach Fair Berechnung der Druck- und Siedepunkterhöhung im Verdampfer durch die treibende Höhe H Mittlere Wärmedurchgangszahl für Aufheizen und Verdampfen Berechnung des Dampfanteils x des Zweiphasengemisches im vertikalen Verdampfer Vollständiges Beispiel für die Auslegung eines Thermosiphonverdampfers 271

5 Inhaltsverzeichnis Doppelrohr-, Schlangenrohr- und Querstromwärmetauscher Berechnung von Doppelrohr- und Multirohrwärmetauschern Schlangenrohr-Wärmetauscher Querstrombündel Rippenrohrwärmetauscher Warum nimmt man Rippenrohre? Was beeinflusst die Wirksamkeit von Rippenrohren? Rippenrohrberechnungen Berechnung des Rippenwirkungsgrads Hr Berechnung des gewogenen Rippenwirkungsgrads r w Berechnung der Wärmedurchgangszahl k, für die Innenrohroberfläche F; ohne Verschmutzung Berechnung der Wärmedurchgangszahl k a bezogen auf die Außenrohroberfläche F a ohne Verschmutzung Berechnung der Wärmedurchgangszahl k a bezogen auf die berippte Außenoberfläche F a unter Berücksichtigung der Verschmutzungsbeiwerte r a und r, Berechnung der Wärmedurchgangszahl k; für die Innenrohroberfläche F, unter Berücksichtigung der Verschmutzungsbeiwerte r a und r, Verschmutzung und Temperaturgradient Vergleich der Wärmeleistungen k, Fj [W/m K] verschiedener Rohre Anwendungsbeispiele Festigkeitsberechnungen von Wärmeaustauschern Berechnung der Mantelwandstärke für Innendruckbelastung nach AD-Merkblatt B Berechnung der Wandstärke gewölbter Böden (Klöpper- oder Korbbogenböden) für Innendruckbelastung nach AD-Merkblatt B Berechnung der Rohrbodenwandstärke für Druckbelastung nach AD-Merkblatt B Berechnung der Wandstärke für zwei feste Rohrböden Berechnung der Wandstärke für einen Rohrboden mit U-Rohren Berechnung der Wärmetauscherinnenrohre auf inneren und äußeren Überdruck nach AD-Merkblatt B Berücksichtigung der Stutzen im Mantel nach AD-Merkblatt B Berechnung der Mantelwandstärke bei Außendruckbelastung nach AD-Merkblatt B Berechnung der Wandstärke gegen elastisches Einbeulen Berechnung gegen plastisches Verformen 340

6 12 Inhaltsverzeichnis 13.7 Dimensionierung der Schrauben an den Flanschverbindungen nach AD-Merkblatt B Dimensionierung der Flansche nach AD-Merkblatt B8 344 Schrifttum 349