В первом расчете (при t_ст.1¹ = 60 ⁰С)

α_к¹ = 1,15⁴√(94,5*825²*0,114³*3600)/(0,354*1,02*10^-4*20,1*1) = 725 ккал/м^2.часК

Во втором расчете (при t_ст.1¹¹ = 50 ⁰С)

α_к¹¹= 1,15⁴√(94,5*829²*0,115³*3600)/(0,372*1,02*10^-4*30,1*1) = 859 ккал/м^2.часК
2.3 Расчет коэффициента теплоотдачи от воды к стенке трубки

Предварительно определяем режим течения воды в трубках.

Число Рейнольдса

Re= W_вd_вн/ν,

где:

W_в– скорость воды в трубках;

d_вн – внутренний диаметр трубок;

ν = 0,845*10^-6 м^2./с кинематический коэффициент вязкости воды при средней температуре 27,2⁰С.

W_в=G_в/(n*(πd²_вн/4)ρ)=4*7613/(25π0,021²*1000*3600) = 0,24 м/c,

где:

n = 25 – число трубок в одном ходе теплообменника;

ρ = 1000 кг/м³ - плотность воды;

d_вн = 0,021 м - внутренний диаметр трубок.

Тогда, число Рейнольдса равно

Re=W_вd_вн/ν=0,24*0,021/0,845*10^-6=5965

Режим течения воды турбулентный и поэтому коэффициент теплоотдачи от воды можно определить по зависимости

Nu=0,021 Re^0,8*Рr^0,43(Рr/Рr_ст)^0,25

или же по видоизменённой упрощенной зависимости, позволяющей произвести расчет коэффициента теплоотдачи от воды по зависимости

α_в= А₅W^0,8_в/d_вн^0,2.

В этих зависимостях

α_в – коэффициент теплоотдачи от воды к трубке;

Nu= α_в d_вн/λ- критерий Нуссельта;

Рr=μc_р/λ - критерий Прандтля (учитывает физические свойства теплоносителя) при средней температуре теплоносителя;

Рr_ст - критерий Прандтля при температуре теплоносителя равной температуре стенки ;

λ - коэффициент теплопроводности воды;

ρ - плотность воды;

с_р - теплоёмкость воды.

Физические параметры теплоносителя – воды берутся при его средней температуре –t_в = 28,1 ⁰С

А₅ = 1863.

Тогда, коэффициент теплоотдачи от воды к трубке

α_в= А₅W^0,8_в/d_вн^0,2. = 1863*0,24^0,8/0,021^0,2 =1288 ккал/м²часК = 1498 Вт/м²К

Учтем в расчете также и термическое сопротивление стенки трубок

---

, а также термическое сопротивление загрязнений со стороны бензола и со стороны воды.

R= R_загр.б+R_ст+R_загр.в.

Термическое сопротивление стальной трубки толщиной 2 мм при коэффициенте теплопроводности стали λ = 40 ккал/м*час*К равно:

R_ст= δ/ λ=0,002/40 = 0,00005 м^2.часК/ккал,

а сумма термических сопротивлений загрязнений со стороны бензола, со стороны воды и термосопротивления стенки равна

R=R_загр.б+R_ст+R_загр.в.=0,0001+0,00005+0,0007=0,00085 м²часК/ккал

Рассчитаем удельные тепловые потоки от бензола к стенке со стороны бензола и от стенки трубки со стороны бензола к воде в обоих вариантах расчета кожухотрубчатого теплообменника.

q₁=α_к*(t_к-t_cт.1) – мощность удельного теплового потока от бензола к стенке трубки.
В первом расчёте

q₁¹ = 725*(80,1-60) = 687,5*20,1 = 14573 ккал/м²час

Во втором расчёте

q₁¹¹=859*(80,1-50) = 25856 ккал/м²час

q₂¹= (t_cт.1—t_в)/(R + 1/α_в) – мощность удельного теплового потока от стенки трубки к воде. В этом уравнении (R + 1/α_в) = 0,001494 ккал/м²часК– термическое сопротивление от наружной стенки трубки к воде, движущейся внутри трубки.

В первом расчёте

q₂¹ = (60-22,1)/(0,00085+1/1288) = 23303 ккал/м²час

Во втором расчёте

q₂¹¹ = (50-22,1)/(0,00085+1/1288) = 17154 ккал/м²час

Итак, имеем

Таблица 2.1

Расчетные данные удельных тепловых потоков от бензола к стенке

	tст.1,0C	q1, ккал/м2час	q2, ккал/м2час
Первый расчёт	60	14573	23303
Второй расчёт	50	25856	17154

Для обеспечения теплового баланса мощность удельного теплового потока от бензола должна быть равна мощности удельного теплового потока от трубки к воде.

Используем полученные расчетные данные для записи мощности удельных тепловых потоков в виде линейных зависимостей от температуры.

q₁=а₁+в₁t_ст.1;

14573 = а₁+в₁*60 Из системы уравнений получим а₁ = 59311; в

---

₁ = -669,1

25856 = а₁+в₁*50

q₁ = 59311-669,1*t_ст1 – Уравнение для мощности удельного теплового потока от бензола (1)

q₂= а₂+в₂*t_ст1;

21954=а₂+в₂*60 Из системы уравнений получим а₂=18204; в₂=669,3

15261=а₂+в₂*50

q₂=-18204+669,3*t_ст.1 - Уравнение для мощности удельного теплового потока от стенки к воде (2)

Решаем совместно (1) и (2), полагая q₁=q₂, и получаем

59311-669,1t_ст.1=- 18204 +669,3t_ст.1

t_ст.1= 57,9 ⁰С

---

2.4 Коэффициент теплоотдачи конденсирующегося бензола

Температурный напор на пленке конденсата

∆t = t_к-t_ст.1=80,1-57,9= 22,2 ⁰С

Физические параметры конденсата бензола при средней температуре

t_бcр=(80,1+57,9)/2=69 ⁰C

ρ=826 кг/м³; λ=0,114 ккал/м*часК; μ= 0,358 сП

Коэффициент теплоотдачи от бензола к трубкам

α_к = 1,15⁴√rρ²λ³3600/(μ*1,02*10 ^{– 4}*∆t*Н) =

=1,15⁴√94,5*826²*0,114³*3600/(0,358*1,02*10^-4*22,2*1) = 1139 ккал/м²часК

Удельный тепловой поток от бензола к стенке

q₁=α_к(t_к-t_cт.1) = 1139*(80,1-57,9)= 25285 ккал/м²час

Термическое сопротивление при теплоотдаче к воде (остается таким же, как и в предварительном расчете)

R_в = (R + 1/α_в) = 0,001494 м²часК/ккал

Удельный тепловой поток к воде

q₂=(t_cт.1--t_в)/R_в =(57,9-22,1) / 0,001494=23963 ккал/м²часК

Т.к. q₁≈q_2, то тепловой расчет выполнен достаточно точно.

Итак, q=23963 ккал/м²час.

Необходимая поверхность теплообмена

F=Q/q = 137025/23963 =5,73= 6 м²

Таким образом, выбран вертикальный кожухотрубчатый теплообменник с поверхностью теплообмена F=6 м², число ходов z=4 число трубок 100, каждая из трубок длиной 1000 мм, число рядов трубок, приведенное по вертикали m=12, число корпусов - 1.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В курсовом проекте был произведен тепловой и компоновочный расчет вертикального кожухотрубчатого теплообменника. В результате расчета были определены основные параметры теплообменника: площадь поперечного сечения канала, коэффициент теплопередачи, гидравлический диаметр каналов для движения воды и бензола, коэффициент теплоотдачи конденсирующегося бензола; количество витков и диаметры спиралей. На эскизе теплообменного аппарата показаны расположения спиралей. Так же был определен тип теплообменника.

Выбран вертикальный кожухотрубчатый теплообменник с поверхностью теплообмена

---

F=6 м², число ходов z=4 число трубок 100, каждая из трубок длиной 1000 мм, число рядов трубок, приведенное по вертикали m=12, число корпусов - 1.

Список использованных источников

1.Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика. – Москва, 1971. – 248 с.

2.Варгафтик Н.Б.. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. - Москва, 1982.- 184 с.

3.Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С.. Теплопередача. - Москва, 1975. – 263 с.

4.Лебедев П.Д., Щукин А.А. Теплоиспользующие установки промышленных предприятий. – Москва, 1997. – 192 с.

5.Лекции ТППО, Д/ф - НГТУ, 2000.

6.Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - Л., 1981.

7.ОАО ТеплоПульс. URL: http://www.teplopuls.ru/statyi/spiralnye-teploobmenniki/ (дата обращения: 07.01.2014).

8.Иванчук В.П. Спиральные теплообменники. Оптимальное технологическое решение // SP Teploobmen. URL: http://www.sp-teploobmen.ru/ (дата обращения: 16.10.2022).

8.ЗАО Концерн “ЕвразЭнергоПром”. Спиральные теплообменные (спиральный теплообменник) аппараты. URL: http://evenprom.ru/doc-ru-571.htm (дата обращения: 16.01.2022).

9.Ульянов Б.А., Бадеников В.Я., Ликучёв В.Г. Процессы и аппараты химической технологии. Учебное пособие – Ангарск: Издательство Ангарской государственной технической академии, 2005 г.

10.А.Г. Касаткин. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1971. - 784 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1


ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Форм.

Зона

Поз.

Обозначение

Наименование

Кол.

Примеч.

Изделия

Болт М20*125 58 ГОСТ 7798-70

80

А2

Гайка М20.5 ГОСТ 5915-70

80

Опора ОВ-90 s=8 ГОСТ 26296-84

4

Детали

1

Крышка

1

2

Крышка

1

3

Корпус

1

4

Прокладка

2

5

6

7

8

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Разраб.

Куликов А.Н.

СПЕЦИФИКАЦИЯ

Лит.

Лист

Листов

Пров.

Зинов И.А.

1

Н.контр.

Зинов И.А.

Утв.

Зинов И.А.

---

Смотрите также файлы

• Клиникопедагогическая классификация Нарушения письменной речи Нарушения устной речи Дислексия Нарушения структурносемантического.docx

• Отчет по учебной практике пм. 01 Разработка программных модулей программного обеспечения для компьютерных систем.docx

• Практическая работа 12. Тема. Построение диаграмм в ms excel. Цель закрепить навыки построения диаграмм в ms excel.docx

• Введение выбор главных размеров.doc

• .doc