Рассчитать вертикальный кожухотрубчатый теплообменник для нагревания m=34000 кг/час 35%-х сливок от температуры t2н=380С до температуры t2к=1000С

Определение среднего температурного напора и определяющей температуры
Согласно справочным данным определяем, что давлению пара 2,8 ат (2,75 бар) соответствует температура 130,60С.
Составляем температурную схему процесса и рассчитываем среднюю разность температур:
Теплоноситель 1 (35% сливки): 380С→1000С
Теплоноситель 2 (водяной пар):130,60С←130,60С
∆tб=130,6-38=92,60С
∆tм=130,6-100=30,60С
∆tcp=∆tб-∆tм2,3∙lg∆tб∆tм=92,6-30,62,3∙lg92,630,6=560С
Определяющая температура для сливок:
∆tопр=t2н+t2к2=38+1002=690С
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=34000 кг/ч=9,444 кг/с;
dв – внутренний диаметр трубы, м; dв=25-2·2,5=20 мм=0,02 м;
ρ - плотность жидкости, кг/м3; ρ=966,2 кг/м3 (для 35% сливок при 690С);
ω - скорость жидкости, м/с; ω=0,8 м/с
n1=1,27∙9,4440,022∙966,2∙10,8=39 шт
Общее число труб в пучке (расчетное):
n=n1∙zтр,
где zтр – количество ходов в теплообменнике; принимаем zтр=2.
n=39∙2=78 шт
Располагая трубы по периметрам шестиугольников, выбираем из табл. 2 приложения n=91 шт. Тогда n1=91/2=45,5~46 шт . Уточняем скорость движения жидкости:
ω=1,27∙9,4440,022∙966,2∙146=0,68 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=2,45·10-3 Па·с (для 35% сливок при 690С).
Re=0,68∙0,02∙966,22,45·10-3=5363,40
Режим движения потока по трубам переходной.
Коэффициент теплоотдачи для жидкости при переходном течении в трубах рассчитываем на основе критериального уравнения:
Nu=0,008∙Re0,9∙Pr0,43,
где P-критерий Прандтля для нагреваемой жидкости; Pr=23,10 для 35% сливок при температуре 690С (табл. 20 приложения).
Nu=0,008∙5363,400,9∙23,100,43=70,136;
∝2=Nu∙λdв=70,136∙0,3780,02=1325,57Втм2∙К,
где -коэффициент теплопроводности для нагреваемой жидкости; λ=0,378 для 35% сливок при температуре 690С (табл. 20 приложения).
Температуру стенки рассчитываем как среднеарифметическую величину:
tст=ts+tконд+t2н+t2к4
Принимаем ts=tконд=130,60С.
tст=130,6+130,6+38+1004=99,80С
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 λ -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=934,28 кг/м3;
r-удельная теплота конденсации водяного пара, Дж/кг; r=2177,32·103 Дж/кг;
μ-динамический коэффициент вязкости конденсата водяного пара при температуре конденсации, Па·с; μ=211,04·10-6 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 130,60С (табл