Расчет теплообменного аппарата для нагрева 4 кг/с 27 % раствора бензола в толуоле от 18 до 97,9 градусов, страница 2

l₂ – теплопроводность холодного теплоносителя, Вт/( м×К);

d₂ – диаметр труб теплообменника, м;

Коэффициент теплоотдачи при конденсации пара на пучке вертикальных труб /4, стр 161/:

,                                                                             (*.*.1.11)

где a₁ – коэффициент теплоотдачи горячего теплоносителя, Вт/( м²×К);

d₂ – диаметр труб теплообменника, м;

n – число труб теплообменника;

G₁ – расход горячего теплоносителя, кг/с;

Тепловая проводимость /4, стр 531/:

для загрязнений со стороны горячего теплоносителя     1/r₁ = 5800 Вт/( м²×К);

для загрязнений со стороны холодного теплоносителя     1/r₂ = 5800 Вт/( м²×К);

Суммарная тепловая проводимость стенки:

,                                                                           (*.*.1.12)

где  1/år – суммарная тепловая проводимость стенки, Вт/( м²×К);

1/r₁ – тепловая проводимость загрязнений со стороны пара, Вт/( м²×К);

d - толщина стенки, м;

lст – теплопроводность стенки, Вт/( м×К);

1/r₂ – тепловая проводимость загрязнений со стороны смеси, Вт/( м²×К);

В качестве материала стенки труб применим нержавеющую сталь с теплопроводностью 17,5 Вт/( м×К), /4, стр 529/.

Коэффициент теплопередачи:

,                                                                          (*.*.1.13)

где К – коэффициент теплопередачи между теплоносителями, Вт/( м²×К);

a₁ – коэффициент теплоотдачи горячего теплоносителя, Вт/( м²×К);

år – термическое сопротивление стенки, м²×К/Вт;

a₂ – коэффициент теплоотдачи холодного теплоносителя, Вт/( м²×К);

Поверхностная плотность теплового потока:

,                                                                                            (*.*.1.14)

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

К – коэффициент теплопередачи между теплоносителями, Вт/( м²×К);

Dt_ср – средняя разность температур, К;

Проверим принятое значение (Pr₂/ Pr_ст)^0,25 = 1,05. Вычислим температуру стенки:

,                                                                                               (*.*.1.15)

где  Dt₂ – средняя разность температур между стенкой и смесью, °С;

q - поверхностная плотность теплового потока, Вт/м²;

a₂ – коэффициент теплоотдачи холодного теплоносителя, Вт/( м²×К);

,                                                                                          (*.*.1.16)

где t_ст –температура стенки со стороны холодного теплоносителя, °С;

t₂ – средняя температура исходной смеси, °С;

Dt₂ – средняя разность температур между стенкой и смесью, °С;

Найдем критерий Прандтля при температуре стенки:

,                                                                                   (*.*.1.17)

где Pr_ст – критерий Прандтля для холодного теплоносителя при t_ст = 116,9 °С;

с_ст – теплоемкость холодного теплоносителя при t_ст = 116,9 °С, Дж/(кг×К);

m_ст – динамическая вязкость холодного теплоносителя при t_ст = 116,9 °С, Па×с;

l_ст – теплопроводность холодного теплоносителя при t_ст = 116,9 °С, Вт/( м×К);

По справочным данным, /4, стр 516-517, 561,562/:

m_ст = 0,234*10^-3 Па×с;           l_ст = 0,115 Вт/(м×К);            с_ст = 1963,3 Дж/(кг×К);

Разница между принятым значением и рассчитанным составляет »1,8 %. Расчет К закончен.

Расчетная площадь поверхности теплообмена:

,                                                                                         (*.*.1.18)

где F_р – расчетная площадь поверхности теплообмена, м²;

Q – теплота, расходующаяся в процессе теплообмена, Вт;

К – коэффициент теплопередачи, Вт/( м²×К);

Dt_ср – средняя разность температур, °С;

Исходя из расчетной поверхности окончательно принимаем двуходовый кожухотрубчатый теплообменник с диаметром кожуха 325 мм, числом труб 90 и длинной труб 3 м. Запас поверхности составит, %:

Запас поверхности несколько превышает необходимый уровень, однако, согласно расчетам других вариантов теплообменников это выбор является наиболее приемлемым. Разность температур теплоносителей составляет много больше 30°, поэтому необходимо выбрать теплообменник с температурным компенсатором. Масса аппарата 740 кг.