Рассчитать вертикальный кожухотрубчатый теплообменник для нагревания m=19000 кг/час 16%-го раствора сахара от температуры t2н=260С до температуры t2к=840С

Определение среднего температурного напора и определяющей температуры
Согласно справочным данным определяем, что давлению пара 1,5 ат (1,47 бар) соответствует температура 110,80С.
Составляем температурную схему процесса и рассчитываем среднюю разность температур:
Теплоноситель 1 (16%-й раствор сахара): 260С→840С
Теплоноситель 2 (водяной пар): 110,80С←110,80С
∆tб=110,8-26=84,80С
∆tм=110,8-84=26,80С
∆tcp=∆tб-∆tм2,3∙lg∆tб∆tм=84,8-26,82,3∙lg84,826,8=50,40С
Определяющая температура:
∆tопр=t2н+t2к2=26+842=550С
2. Выбор конструктивных элементов и скорости жидкости
Учитывая условия теплообмена и удобство эксплуатации, жидкость необходимо направить по трубам, а пар – в межтрубное пространство. Скорость движения жидкости в трубах должна обеспечить достаточно интенсивный теплообмен и не вызвать сильного возрастания гидравлических сопротивлений.
На основании практических данных принимаем:
скорость жидкости ω =0,8 м/с;
наружный диаметр трубы dн=25 мм;
толщину стенки трубы δст=2,5мм.
Определяем число труб в одном ходу:
n1=1,27∙mdв2∙ρ∙1ω,
где m – расход жидкости, кг/с; m=19000 кг/ч=5,278 кг/с;
dв – внутренний диаметр трубы, м; dв=25-2·2,5=20 мм=0,02 м;
ρ - плотность жидкости, кг/м3; ρ=1052,4 кг/м3 (для 16%-го раствора сахара при 550С);
ω - скорость жидкости, м/с; ω=0,8 м/с
n1=1,27∙5,2780,022∙1052,4∙10,8=20 шт
Общее число труб в пучке (расчетное):
n=n1∙zтр,
где zтр – количество ходов в теплообменнике; принимаем zтр=2.
n=20∙2=40 шт
Располагая трубы по периметрам шестиугольников, выбираем из табл. 2 приложения n=37 шт . Тогда n1=37/2=18,5~19 шт. Уточняем скорость движения жидкости:
ω=1,27∙5,2780,022∙1052,4∙119=0,84 м/с
3. Определение коэффициента теплоотдачи от стенки к нагреваемой жидкости
Для определения режима движения жидкости в трубах, определяем
критерий Рейнольдса:
Re=ω∙d∙ρμ,
где μ-динамическая вязкость жидкости, Па·с; μ=0,77·10-3 Па·с (для 16%-го раствора сахара при 550С).
Re=0,84∙0,02∙1052,40,000770=22961,46
Режим движения потока по трубам переходной.
Коэффициент теплоотдачи для жидкости при турбулентном течении в трубах рассчитываем на основе критериального уравнения:
Nu=0,023∙Re0,8∙Pr0,43,
где P-критерий Прандтля для нагреваемой жидкости:
Pr=с∙μλ,
где с – удельная теплоемкость жидкости, Дж/(кг·К); с=3853 Дж/(кг·К);
λ-коэффициент теплопроводности жидкости, Вт/(м·К); λ=0,543 Вт/(м·К).
Теплофизические свойства определены для 16%-го раствора сахара при температуре 550С (табл. 14,15 приложения).
Pr=3853∙0,000770,543=5,464;
Nu=0,023∙22961,460,8∙5,4640,43=147,12;
∝2=Nu∙λdв=147,12∙0,5430,02=3994,31 Вт/(м2∙К)
Температуру стенки рассчитываем как среднеарифметическую величину:
tст=ts+tконд+t2н+t2к4
Принимаем ts=tконд=110,80С.
tст=110,8+110,8+26+844=82,90С
4. Определение коэффициента теплоотдачи от пара к стенке 1.
Коэффициент теплоотдачи для пара, конденсирующегося на наружной поверхности пучка вертикальных труб, рассчитываем по формуле:
∝1=2,04∙4λ3∙ρ2∙rμ∙∆t∙Н,
где -коэффициент теплопроводности конденсата водяного пара при температуре конденсации, Вт/(м·К); λ=0,685 Вт/(м·К);
ρ-плотность конденсата водяного пара при температуре конденсации, кг/м3; ρ=950,37 кг/м3;
r-удельная теплота конденсации водяного пара, Дж/кг; r=2231,92·103 Дж/кг;
μ-динамический коэффициент вязкости конденсата водяного пара при температуре конденсации, Па·с; μ=279,92·10-6 Па·с;
∆t-разность между температурой конденсации пара и температурой стенки со стороны пара, (tконд-tст1), 0С;
Н- высота труб; принимаем Н=3 м.
Теплофизические свойства определены для конденсата водяного пара при температуре 110,80С (табл