Ориентировочный расчет коэффициентов теплоотдачи при конденсации пара на пучке вертикальных труб и от стенки трубы к метиловому спирту

         5 Расчет коэффициента теплопередачи

                                            ,                                        (10)

где ₁ – коэффициент теплоотдачи от пара к стенке, Вт/м^2.К;

  ₂ - коэффициент теплоотдачи от стенки к четыреххлористому углероду, Вт/м^2.К;

- сумма сопротивлений стенки, Вт/м^2.К.

          5.1 Ориентировочный расчет коэффициента теплоотдачи при конденсации пара на пучке вертикальных труб:

                                       ₁^’=2,04 ,                                          (11)

где Н – длинна труб теплообменника, м;

    - коэффициент теплопроводности конденсата водяного пара, Вт/м^.К;

      -  плотность конденсата водяного пара, кг/м³ ;

      - вязкость конденсата водяного пара, Па^.с;

      =5⁰С.

₁^’=  2,04^.1^. = 38,72 Вт/м^2.К

     5.2 Ориентировочный расчет коэффициента теплоотдачи от стенки трубы к метиловому спирту насчитываем по формуле:

                                         ₂^’=(Nu₂^.₂ )/d,                                                   (12)

где ₂ – коэффициент теплопроводности четыреххлористого углерода,  1,0467 Вт/м^.К;

       Nu₂ -  Критерий Нуссельта.

     Критерий Нуссельта рассчитываем по формуле:

                                Nu₂=0,021 Re^0,8 Pr^0,43 (Pr₂/Pr_ст)^0,25,                               (13)

где Pr –критерий Прандтля четыреххлористого углерода;

      Pr_ст - критерий Прандтля стенки;

      =1 для наших условий Критерий Прандля четыреххлористого углерода рассчитываем по формуле:

                                               

                                             Pr=с₂ ^.₂/₂                                                                                 (14)

Pr=921,8^.0,53^.10^-3/1,0467 = 0,467

          Задаемся (Pr/ Pr_ст  )^0,25 = 1, тогда критерий Нуссельта будет:

Nu^’=0,021^.10740^0,8.0,467^{0,43 .}1 = 25,41

          Тогда коэффициент теплоотдачи четыреххлористого углерода будет:

                                                                                                                ₂^’=25,41^.1,0467/0,021= 1266,37  Вт/(м^2.К )

            Для расчета суммы сопротивлений стенки и её загрязнений принимаем тепловые проводимости загрязнений со стороны четыреххлористого углерода и водяного пара по 5800 Вт/м^2.К, таблица ХХХ1 [1]; коэффициент теплопроводности стали_ст=46,5 Вт/м^2.К, таблица ХХVIII; тогда сумму  сопротивлений рассчитываем по формуле:

                                  =1/r_загр1+ /_ст+1/r_загр2                                 (15)

1/=1/(1/5800+0,002/46,5+1/5800) = 2610,9 Вт/(м^2.К )

          Тогда коэффициент теплопередачи будет:

К^’== 37,078 Вт/м^2.К

          5.3 Определяем ориентировочную величину удельного теплового потока по формуле:

                                               q^’=Q/F=K^{’ .}t_ср                                           (16)

q^’=37,078^.32,64 =1210,23 Вт/м²

           5.4 Температура стенки со стороны водяного пара рассчитывается по формуле :

                                                      t_cт1=t₁- q^’/_,                                                                                                (17)

t_ст1=90-1210,23/38,7=58,74⁰С

          5.5 Температура стенки со стороны  четыреххлористого углерода рассчитывается по     формуле:

                                                        t_cт2=t₂+ q^’/₂^’ ,                                                                 (18)

 

t_cт2=57,6 +1210,23/1266,37=58,56⁰С

          5.6 Определим ориентировочные значения разности температур:

                                               t_ст=t_cт1-t_ст2,                                                  (19)

 t_ст=58,74 – 58,56=0,18⁰С;

                                                  t₁^’= t₁-t^’_ст1,                                                (20)

 t₁^’=90 – 58,74 = 31,26⁰С;

                                              t₂^’= t^’_ст2 – t₂,                                                  (21)

t₂^’= 58,56 – 57,6=0,96⁰С;

Проверка суммы t_cр:

0,18+31,26+0,96=32,4⁰С

           Введем поправочные коэффициенты теплопередачи, определив   (Pr/Pr_ст)^0,25. Критерии Прандтля при температуре стенки 58,56⁰С для четыреххлористого углерода  равен:

Pr_ст=,                                                                (22)

Pr= (879,9^.0,6^.10^-3 )/1,02= 0,518

          Следовательно, (Pr/Pr_ст)^0,25 =(0,467/0,518)=0,974

Было принято значение  (Pr/Pr_ст)^0,25 =1, разница 0,026%.

          Коэффициент теплоотдачи для четыреххлористого углерода:  

                                                 ₂=₂^{’  .}(Pr/Pr_ст)^0,25,                                                        (23)

₂=1266,37^.(0,467/0,518)^0,25=1233,98 Вт/м^2.К

          Коэффициент теплоотдачи для водяного пара:

                                                                                                                            (24)

         Находим уточненное значение коэффициента теплопередачи:

К= Вт/м^2.К

 

q=37,05^.32,4=1200,43 Вт/м² ;

t_cт1=90-1200,43/38,72=58,9⁰С;

t_cт2=57,6 +1200,43/1233,98=58,6⁰С.