Рассчитать вертикальный кожухотрубчатый теплообменник (конденсатор) для конденсации насыщенных паров органического вещества при атмосферном давлении. Конденсат отводится из аппарата при температуре кон- денсации. Пары органической жидкости конденсируются в межтрубном пространстве, охлаждающая вода проходит по трубам и нагревается в пределах указанных температур. Диаметр труб теплообменника 25×2 мм.
Исходные данные к задаче 4
Номер варианта
Конденсируемое вещество (пары) Расход пара G п,
кг/с Температура воды
Начальная
t н, С Конечная
t к, C
3 Метиловый спирт 1,2 15 42
Решение
1. Из уравнения теплового баланса определить расход воды Gв, кг/с.
Уравнение теплового баланса теплообменника:
Gп r = Gв с ( tк – tн ),
где r = 1099,1 кДж/кг − удельная теплота конденсации пара метанола при температуре конденсации 64,7 0С [1, табл. ХLV]; с = 4180 Дж/кг⋅К − удельная теплоёмкость воды при её средней температуре: tсp = (tн + tк)/2 = =(15+42)/2 = 28,5 0С [1, табл. ХХХIХ].
2. Задаваясь значением критерия Рейнольдса (Rе* = 10000 ÷ 15000), определить ориентировочное число труб на один ход n*, обеспечивающее турбулентный режим движения воды в теплообменнике.
Примем Re* = 15000
где dвн = 0,021 м − внутренний диаметр труб теплообменника, м; µ= =833,4∙10-6 Па⋅с − вязкость воды при tсp = 28,5 0С [1, табл. ХХХIХ].
3. Определить среднюю разность температур ∆tcр в теплообменнике, составив температурную схему процесса для противотока.
tп = 64,7оС → tконд = 64,7оС
tк = 42оС ← tн = 15оС
Δtм = 22,7оС
Δtб = 49,7 оС
4
. Определить ориентировочную поверхность теплообмена F (м2), предварительно приняв коэффициент теплопередачи К = 400 ÷ 500 Вт/(м2⋅К).
м2.
5. По [1, табл. XXXIV] подобрать стандартный теплообменник с числом труб на один ход, ближайшим к расчётному числу, n и поверхностью теплообмена с запасом 15 − 20 %.
Принят конденсатор типа КН с параметрами:
- площадь поверхности теплообмена F = 98 м2;
- длина теплообменных труб l = 6000 мм;
- наружный диаметр труб и толщина стенки dнхs=25х2 мм;
- внутренний диаметр кожуха D = 600 мм;
- число труб на один ход n = 52,5;
- число ходов z = 4.
Запас поверхности
∆=98-84,9584,95∙100=15,4%.
Уточнить значение критерия Рейнольдса.
Re = Re* ⋅ n* / n = 15000 ∙ 56,7 / 52,5 = 16200 >10000.
6. Рассчитать коэффициент теплоотдачи от пара к стенке α1, Вт/(м2⋅К).
где λ = 0,204 Вт/(м⋅К) [1, рис