Задание на расчет
Рассчитать теплообменный аппарат для нагревания бензола производительностью аппарата G2 = 25. Бензол нагревается от начальной температурыtн=18°С до температуры кипения при давлении Pк = 1 . В качестве греющего агента использовать водяной пар (сухой, насыщенный). Давление греющего пара выбрать самостоятельно, чтобы ∆tср≤ 50˚С. Температура окружающей среды tо.с.=17°С. Аппарат теплоизолировать, материал теплоизоляции выбрать самостоятельно. С1=4609, C2=1676, λ2 =0,147, μ2=0,43·10-3,r1=393,8,= 900
Расчет теплового баланса
В качестве греющего агента использован насыщенный водяной пар. Тепловые потери в окружающую среду составляют 7% от тепловой нагрузки.
(1 - межтрубное пространство, 2 – трубное пространство)
Температурная схема:
99,1 → 99,1
18→ 80,1
Δtб=81,1 0С
Δtм=19 0С
Средняя разность температур:
˚С
Средняя температура бензола:
t2= T-Δtср=99,1-41,4=57,70С
Расход бензола:
G2 = = 6,94
Теплота, необходимая для нагрева бензола до температуры кипения:
Q=G2·C2·Δt=6,94·1676·62,1=722312,424 Вт;
Расход греющего пара с учетом потерь:
G1===1,96;
Таблица теплового баланса.
Статьи прихода теплоты, (Вт) |
Вт |
Статьи расхода теплоты, (Вт) |
Вт |
С горячим теплоносителем Q1 |
1667081,72 |
С горячим теплоносителем Q3 |
895233,724 |
С холодным теплоносителем Q2 |
209365,92 |
С холодным теплоносителем Q4 |
931678,344 |
|
|
Тепловые потери Qпот |
49535,572 |
Итого |
1876447,64 |
|
1876447,64 |
Q1+ Q2 =Q3+ Q4+ Qпот.
Тепло, вносимое в аппарат насыщенным водяным паром:
Q1=G1∙r1 + G1·C1·T=G1·(r1+ С1∙T)=1,96·(393.8·103 + 4609·99,1)=1667081,72 Вт
Тепло, вносимое в аппарат бензолом:
Q2= G2∙ =6,94∙1676∙18=209365,92Вт
Тепло, уносимое водой:
Q3= G1·C1·T=1,96∙4609∙99,1=895233,724 Вт
Тепло, уносимое из аппарата бензолом:
Q4= G2∙=6,94∙1676∙80,1=931678,344 Вт
Потери тепла в окружающую среду:
Qпот=49535,572 Вт
Расчет турбулентного режима (Re2> 15000).
Режим возможен для теплообменников, у которых число труб n, приходящееся на один ход для труб диаметром dн =мм равно:
Поскольку свойства теплоносителей мало отличаются от свойств воды, примем минимальное ориентировочное значение коэффициента теплопередачи, соответствующее турбулентному течению: К=800. При этом ориентировочное значение поверхности теплообмена составит:Fор =.
Из таблицы 2.3. Параметры кожухотрубчатых теплообменников и холодильников следует, что подходит двухходовой теплообменник с трубами длиной 3,0 м, Dкожуха=400мм. и номинальной поверхностью F1К=31 м2, при этом запас площади составит:
. Масса теплообменника составит 1090кг.
Запас площади достаточен.
Коэффициент теплоотдачи для бензола:
Уточняем значение критерия Re2:
Re2=
Критерий Прандтля для бензола:
, здесь =0,147– коэффициент теплопроводности бензола
Расчетная формула:
Отношение принято 1,05.
.
Коэффициент теплоотдачи при конденсации водяного пара на пучке горизонтальных труб:
Расчет осуществляем приближенно (без учета влияния поперечных перегородок):
tпленки =; tст1 =T1-0,1·Δtср;
tпленки =
Принимаем тепловую проводимость загрязнений со стороны греющего пара , со стороны бензола. Коэффициент теплопроводности стали≈46,5, тогда:
.
Коэффициент теплопередачи:
Поверхностная плотность теплового потока:
q=K∙Δtср.=627,63·41,4=25983,882
Проверяем принятое значение :
Было принят =1,05. Разница ~7%. РасчетK закончен.
Принимаем аппарат типа ТК.
Бензол Вода
Рис. 2