Расчет теплообменного аппарата для нагрева 4 кг/с 27 % раствора бензола в толуоле от 18 до 97,9 градусов, страница 5

Ориентировочно определим максимальную величину площади поверхности теплообмена, приняв минимальное значение коэффициента теплопередачи для теплообмена при конденсации дистиллята /4, стр 172/:

К_мин = 300 Вт/( м²×К).

Максимальная площадь поверхности теплообмена:

,                                                                                   (*.3.3)

где F_макс – максимальная площадь поверхности теплообмена, м²;

Q – теплота, расходующаяся в процессе теплообмена, Вт;

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

Dt_ср – средняя разность температур, °С;

Для более интенсивного теплообмена принимаем турбулентный режим движения теплоносителя (Re ³ 10000), следовательно, скорость теплоносителя в трубах должна быть больше w₂`. Диаметр труб принимаем 25´2 мм:

,                                                                                 (*.*.1.5)

где  w`_мин - минимальная скорость теплоносителя в трубном пространстве, м/с;

m₂ – динамическая вязкость холодного теплоносителя, Па×с;

d₂ – диаметр труб теплообменника, м;

r₂ – плотность холодного теплоносителя, кг/м³;

Максимальное число труб:

,                                                                      (*.3.6)

где n`_макс – максимальное число труб;

V₂ – объемный расход смеси, м³/с;

d₂ – диаметр труб теплообменника, м;

w`_мин - минимальная скорость теплоносителя в трубном пространстве, м/с;

Выберем по максимальной поверхности теплообмена и по числу труб наиболее подходящий конденсатор: с диаметром кожуха 600 мм, диаметром труб 25´2 мм, числом труб 240, двуходовый (ГОСТ – 15122-79).

Уточним значение критерия Рейнольдса:

,                                                                                    (*.3.7)

где Re₂ – критерий Рейнольдса;

n`_макс – максимальное число труб;

n – число труб в выбранном теплообменнике, учитывая число ходов;

Найдем критерий Прандтля при средней температуре охлаждающей воды:

,                                                                                              (*.*.8)

где Pr₂ – критерий Прандтля для холодного теплоносителя;

с₂ – теплоемкость холодного теплоносителя, Дж/(кг×К);

m₂ – динамическая вязкость холодного теплоносителя, Па×с;

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

Рассчитаем критерий Нусельта:

,                                         (*.3.9)

где Nu₂ – критерий Нусельта;

e_l – поправочный коэффициент, учитывающий влияние на коэффициент теплоотдачи отношение длины трубы L к диаметру d₂;

e_l = 1                    /4, стр 153/.

Re₂ – критерий Рейнольдса;

Pr₂ – критерий Прандтля для холодного теплоносителя;

Pr_ст – критерий Прандтля для холодного теплоносителя при температуре стенки;

Примем   (Pr₂/ Pr_ст)^0,25 = 1,05  с последующей проверкой.

Коэффициент теплоотдачи /4, стр 151/:

,                                                                                          (*.3.10)

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

Nu₂ – критерий Нусельта;

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

d₂ – диаметр труб теплообменника, м;

Коэффициент теплоотдачи при конденсации пара органической жидкости на пучке горизонтальных труб /4, стр 161/:

,                                                             (*.3.11)

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

e – поправочный множитель, учитывающий влияние труб по вертикали;

l₁ – теплопроводность горячего теплоносителя, Вт/( м×К);

r₁ – плотность горячего теплоносителя, кг/м³;

L – длина труб, на которых происходит конденсация паров, м;

n – число труб теплообменника;

m₁ – динамическая вязкость горячего теплоносителя, Па×с;

G₁ – расход паров горячего теплоносителя, кг/с;

e = 0,6     /1, стр 53/.

Расход паров посчитаем по формуле:

,                                                                                          (*.3.12)

где G₁ – расход паров горячего теплоносителя, кг/с;