Приближение №1.

Принимаем температуру стенки канала со стороны бензола равной t_ст1 = 65,4⁰C

Тогда, ∆t_б = t_к – t_ст1 = 80,1 – 65,4 = 14,7⁰C – температурный напор от конденсирующихся паров бензола к стенке канала, а средняя температура плёнки конденсирующегося бензола равна

t_п = (t_к + t_ст1)/2 = (80,1+57,9)/2 = 72,8⁰C

В соответствии с [1]

А=С^0,75*r^0,25, где С - коэффициент, зависящий от физических параметров конденсата бензола (от температуры его насыщенных паров).

В нашем случае С=3423 [1]. В курсовой работе допускается принимать это значение для всех вариантов заданий.

Тогда,

альфа_б=А/⁴√d∆t_,б = 3423^0,75*94,5^0,25/⁴√0,0196*14,7 = 1395/0,733 = = 1903 ккал/м²часК = 2216 Вт/м²К

Для определения коэффициента теплоотдачи к воде определим её режим течения.

Число Рейнольдса

Re = (w*d)/υ = (0,619 * 0,0196)/0,805 = 15709

Режим течения турбулентный.

Для турбулентного режима течения воды коэффициент теплоотдачи определим по зависимости [1].

альфа_в=А₅w^0,8_в/d^0,2,

где А₅=1943 (таблица№3, Приложение).

альфа_в=1943*0,619^0,8/0,0196^0,2=2907 ккал/м²часК=3383 Вт/м^2КК

Термические сопротивления загрязнений канала приведены в задании. Термическое сопротивление загрязнения со стороны бензола равно R_загр.б = 0,0001 м²часК/ккал, а со стороны воды - R_загр.в = 0,0007 м²часК/ккал.

Определим термическое сопротивление стальной спирали, принимая её толщину равной δ = 2,5 мм, а коэффициент теплопередачи стали равным λ = 40 ккал/м*час*К

R_ст= б/λ = 0,0025/40 = 0,0000625м²часК/ккал

Тогда, коэффициент теплопередачи спирального теплообменника равен

к= 1/(1/альфа_б+R_затр.б+R_ст+R_затр.в+1/альфа_в) =

= 1/(1/1903+0,0001+0,0000625+0,0007+1/2907) =

=1/(0,000525+0,0001+0,0000625+0,0007+0,00034)= =578,9 ккал/м²часК= 672 Вт/м²К

Необходимая площадь поверхности нагрева спирального теплообменника

F=Q/к∆t= 111510/(578,9*47,9) = 4,029м²

Определяем температуру стенки канала в первом приближении

t_ст1 = t_к – Q/(F*альфа_б) = 80,1 – 111510/(4,029*1903) = 65,6⁰C

Так как полученное значение температуры стенки канала заметно отличается от заданного, проводим расчёт во втором приближении.

Приближение №2.

Принимаем температуру стенки канала со стороны бензола равной t_ст1 = 65,6⁰C

Тогда, температурный напор на плёнке бензола равен

∆t_б = t_к – t_ст1 = 80,1 – 65,6 = 14,5⁰C,

а средняя температура конденсирующегося бензола равна

t_п = (t_к + t_ст1)/2 = (80,1+65,6)/2 = 72,85⁰C

А=С^0,75*r^0,25, где С - коэффициент, зависящий от физических параметров конденсата бензола (от температуры его насыщенных паров). Принимаем С=3423

Тогда,

альфа_б=А/⁴√d∆t_,б=3423^0,75*94,5^0,25/⁴√0,0196*14,5 =

= 1911 ккал/м²часК = 2224 Вт/м²К

Коэффициент теплоотдачи к воде был определён в приближении №1

альфа_в = 3383 Вт/м^2КК

Термические сопротивления загрязнений канала и стальной спирали принимаем такими же, как и в приближении №1.

Тогда, коэффициент теплопередачи спирального теплообменника равен

к = 1/(1/альфа_б+R_затр.б+R_ст+R_затр.в+1/ альфа_в) =

= 1/(1/1911+0,0001+0,0000625+0,0007+1/2907) =

=1/(0,000523+0,0001+0,0000625+0,0007+0,00034)= =579,5 ккал/м²часК= 674 Вт/м²К

Необходимая площадь нагрева спирального теплообменника

F = Q/(к*∆t) = 111510/(579,5*47,9) =4,02 м²

Определяем температуру стенки канала во втором приближении

t_ст1 = t_к – Q/(F*альфа_б) = 80,1 – 111510/(4,02*1911) = 65,6⁰C

Так как полученное значение температуры стенки канала со стороны бензола близко к заданному во втором приближении, то дальнейшие приближения не проводим.

3. По данным таблицы №9 (Приложение) минимальная поверхность серийных спиральных теплообменников составляет 15м². Поэтому, определяем размеры проектируемого теплообменника расчетом.