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

К_мин = 120 Вт/( м²×К).

Максимальная площадь поверхности теплообмена:

,                                                                                   (*.*.1.4)

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`:

,                                                                                 (*.*.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:

,                                                                      (*.*.1.6)

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 теплообменник: с диаметром кожуха 325 мм, диаметром труб 20´2 мм, числом труб 90, двуходовый (ГОСТ – 15122-79).

Уточним значение критерия Рейнольдса:

,                                                                                   (*.*.1.7)

где Re₂ – критерий Рейнольдса;

n`_макс – максимальное число труб;

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

Найдем критерий Прандтля при средней температуре исходной смеси:

,                                                                                             (*.*.1.8)

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:

,                                       (*.*.1.9)

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/:

,                                                                                       (*.*.1.10)

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

Nu₂ – критерий Нусельта;