Расчет и проектирование абсорбционной установки непрерывного действия для улавливания паров метанола из газовой смеси (воздушной) водой, страница 15

Найдем внутренний диаметр труб теплообменника:

,                                                                            (3.2.24)

где d_вн – внутренний диаметр труб, м;

d – внешний диаметр труб, м;

δ – толщина стенок труб, м.

 

Тогда:

Находим ориентировочное значение произведения (Gr₂∙Pr₂).

При расчете теплоотдачи в случае  Re < 10000 определяющая температура:

 t = 0,5∙(t_ст.2 + t₂) ,                                                               (3.2.25)

где t_ст.2 – температура стенки со стороны воды, ⁰С;

t₂ – средняя температура воды, ⁰С.

Ввиду того, что температура t_ст.2 будет определена только в конце расчета, необходимо задаться величиной Δ t₂.

В данном случае теплопередачи от газа к жидкости следует учесть, что коэффициент теплоотдачи от газа к стенке обычно значительно меньше коэффициента теплоотдачи от стенки к жидкости, поэтому примем:

,                                                                               (3.2.26)

.                                                                            (3.2.27)

Таким образом, получаем:

,

За определяющую температуру примем:

t = 0,5∙(24,83 + 21) = 22,69

При этих допущениях:

 ,                                                                            (3.2.28)

где   d_вн – внутренний диаметр труб, м;

ρ₂ – плотность воды, кг/м³;

β₂ – коэффициент объемного расширения воды, К^-1;

                     μ₂ - динамический коэффициент вязкости воды, мПа∙с;

Pr₂ – критерий Прандтля.

По таблице XXXIX /4/ для воды при температуре 22,69 ^оС находим:

ρ₂ = 997,5 кг/м³

β₂ = 2,194∙10^-4 К^-1

μ₂ = 0,947∙10^-3 Па∙с

Pr₂ = 6,6.

Следовательно,

 

Произведение (Gr₂Pr₂) = 493347 < 8*10⁵.

Найдем значение выражения () /1/:

,                                                                            (3.2.29)

где Ре₂ – критерий Пекле для воды;

L – длина труб теплообменника, м.

 

Так как произведение (Gr₂∙Pr₂) <8∙10⁵, Re₂ < 2300 и выражение () > 20, то для расчета критерия Нуссельта для воды воспользуемся следующей формулой /4/:

,                                                                            (3.2.30)

где μ₂ – динамический коэффициент вязкости воды при определяющей температуре, равной 22,69 ⁰С, мПа∙с;

  μ_ст.2 – динамический коэффициент вязкости воды при температуре стенки, мПа∙с.

По таблице XXXIX /4/  принимаем:

μ₂ = 0,947∙10^-3 мПа∙с,

μ_ст.2 = 0,914∙10^-3 мПа∙с.

Следовательно, коэффициент теплоотдачи к воде, движущейся по трубам:

,                                                                            (3.2.31)

где α₂ - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²∙К);

Nu₂ – критерий Нуссельта;

λ₂ – коэффициент теплопроводности воды при определяющей температуре (таблица ХХХIX) /4/, принимаем   λ₂ = 0,604Вт/(м∙К);

d_вн – внутренний диаметр труб, м.

.

Примем тепловую проводимость загрязнений стенки со стороны воздуха r_загр.1 = 2800 Вт/(м²∙К)  (Таблица 2.2 /1/), коэффициент теплопроводности стенки λ = 46,5 Вт/(м∙К) (сталь) (Таблица XXVIII /4/), тепловую проводимость загрязнений стенки со стороны воды среднего качества r_загр.2 = 2500 Вт/(м²∙К) (Таблица 2.2 /1/).

Тогда сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений, Вт/(м²∙К):

Коэффициент теплопередачи:

,                                                                            (3.2.32)

где  К – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²∙К);

α₁, α₂ – коэффициенты теплоотдачи газа и воды соответственно, Вт/(м²∙К).

 

Поверхностная плотность теплового потока:

,                                                                                                                                                       (3.2.33)

где  q - поверхностная плотность теплового потока, Вт/м²;

К - коэффициент теплопередачи, Вт/(м²∙К);

∆t_ср – средняя разность температур, ⁰С.

Проверим правильность применения формулы для расчета критерия Нуссельта для воды и уточним расчет.

Расчетное значение Δ t₂, ⁰С: