Рассчитать и подобрать стандартизованный теплообменник по условию задачи из таблицы 1. Назначение и тип аппарата – испаритель кожухотрубчатый.
Таблица 1 – Исходные данные
Рабочая среда G·10-3, кг/ч t1, 0С t1, 0С р·10-5,
Па Δр·10-5,
Па
Толуол 10,0 25 - 1,5 -
Решение
Примем в качестве испарителя вертикальный кожухотрубчатый теплообменник. Толуол подадим в трубное пространство, а в межтрубное – насыщенный водяной пар.
При абсолютном давлении паров толуола р=1,5·105 Па из табл. 5 приложения имеем: температуру кипения толуола tкип=124,330С и скрытую теплоту парообразования толуола rт=353,64 кДж/кг.
Примем разность температур между конденсирующимся водяным паром и кипящим толуолом Δt=150С. В этом случае температура конденсирующегося пара будет tкон=124,33+15=139,330С. Примем tкон=1400С, что соответствует его давлению рп=3,734·105 Па.
Примем предварительно высоту труб аппарата l=4 м.
Для расчета коэффициента теплоотдачи от конденсирующегося водяного пара найдем по табл. 4 приложения свойства конденсата при температуре tкон=1400С. Теплота конденсации водяного пара rкон=2150, плотность пленки конденсата ρж=926 кг/м3, вязкость конденсата μ=0,000196 Па·с, теплопроводность конденсата λ=0,685 Вт/(м2·К). При этих данных для вертикальных труб находим:
∝1=1,15∙r∙ρж2∙λ3∙gμ∙l∙∆tкон0,25; (1)
∝1=1,15∙2150000∙9262∙0,6853∙9,810,000196∙4∙∆tкон0,25=10671,34∙∆tкон-0,25,
где ∆tкон=140-tст.1.
Коэффициент теплоотдачи при испарении толуола при абсолютном давлении 1,5·105 Па (0,15 МПа) составит:
∝2=600∙φ∙р1,33∙∆tкип2,33, (2)
где φ-коэффициент, учитывающий свойства кипящей жидкости; для толуола φ=0,025;
∆tкип=tст.2-124,33
∝2=600∙0,025∙0,151,33∙∆tкип2,33=1,2∙∆tкип2,33
Примем по табл
. 7 приложения термические сопротивления загрязнений: со стороны конденсата r1=0,4·10-4 (м2·К)/Вт и со стороны толуола r2=2·10-4 (м2·К)/Вт. Термическое сопротивление стенки трубы:
δстλст=0,00246,5=0,000043 м2∙КВт,
где λст - теплопроводность материала стенки трубы.
Общее термическое сопротивление стенки равно:
Σr=r1+δстλст+r2; (3)
Σr=0,00004+0,000043+0,0002=0,000283м2∙КВт
Так как плотность теплового потока для аппарата устанавливается самопроизвольно в зависимости от температур стенки трубы, проведем ее расчет методом подбора, руководствуясь уравнением:
q=∝кон∙140-tст.1=tст.1-tст.2Σr=αкип∙tст.2-124,33, (4)
Для удобства расчета все данные сведем в табл
на новый заказ в Автор24.
