Вариант2:

В соответствии с табл. 4.12 стр. 215 [2] соотношение n/z принимаем наиболее близкое к заданному значение у теплообменника ТК и ТН с диаметром кожуха D=600 мм, диаметром труб d_н=25x2 мм, числом ходов z=2 и общим числом труб n=240:

n/z=240/2=120

В зависимости от длины труб (2.0,3.0,4.0 или 6,0) эти теплообменники имеют поверхности теплопередачи 38, 57, 75 или 113 м². Проходные сечения: S_т=4,2х10^-2 м², S_м=4,5х10^-2м².

Объемный расход паров бензола равен:

где

G₁ - расход паров бензола, кг/с;

ρ₁ – плотность паров бензола при температуре конденсации t_конд=80,2ºС, кг/м³. По табл. IV стр. 512 ρ₁=815 кг/м³ [2].

V₁=2,52

815

V₁=0,0031 м³/с.

Объемный расход воды равен:

где

G₂ - расход воды, кг/с;

ρ₂ – плотность воды при средней температуре t_ср=22,5ºС, кг/м³. По табл. XXXIX стр. 537 ρ₂=997,5 кг/м³ [2].

V₂:= 15,79

997,5

V₂=0,016 м³/с.

Скорость паров бензола в межтрубном пространстве равна:

где

V₁ – объемный расход паров бензола, м³/с;

S₁ – проходное сечение межтрубного пространства, м².

ω₁:= 0,0031

4,5х10^-2

ω₁=0,068 м/с.

Скорость воды в трубном пространстве равна:

где

V₂ – объемный расход воды, м³/с;

S₂ – проходное сечение трубного пространства, м².

ω₂:= 0,016

4,2х10^-2

ω₂=0,381 м/с.

Критерий Рейнольдса для воды определим по формуле:

где

ω₂ – скорость воды в трубном пространстве, м/с;

ρ₂ – плотность воды при средней температуре t_ср=22,5ºС, кг/м³. По табл. XXXIX стр. 537 ρ₂=997,5 кг/м³ [2];

μ₂ – динамический коэффициент вязкости воды при средней температуре t_ср=22,5ºС, Па·с. По табл. XXXIX стр. 537 [2] μ₂=951·10^-6 Па·с;

d_в – внутренний диаметр трубы, м.

Re₂:= 0,381ˑ0,021ˑ997,5

951·10^-6

Re₂=8392

Критерий Рейнольдса для паров бензола определим по формуле:

где

ω₁ – скорость паров бензола в межтрубном пространстве, м/с;

ρ₁ – плотность паров бензола при температуре конденсации t_конд.=80,2ºС, кг/м³. По табл. IV стр. 512 [2] ρ₁=815 кг/м³;

μ₁ – динамический коэффициент вязкости паров бензола при температуре конденсации t_конд.=80,2ºС, Па·с. По табл. IX стр. 516 [2] μ₁=0,316·10^-3 Па·с;

d_н – наружный диаметр трубы, м.

Re₁:= 0,068ˑ0,025ˑ815

0,316·10^-3

Re₁=4384.

Коэффициент теплоотдачи к воде определим по формуле для переходного режима (2300<Rе<10000):

где

Re – критерий Рейнольдса для воды;

Pr – критерий Прандтля для воды при средний температуре t_ср=22,5ºС. По табл. XXXIX стр. 537 [2] Pr=6,62;

Nu – критерий Нуссельта.

где

α₂ – коэффициент теплоотдачи к воде, Вт/(м²·К);

d – внутренний диаметр труб, м;

λ₂ – коэффициент теплопроводности воды при средней температуре t_ср=22,5ºС, Вт/(м·К). По табл. XXXIX стр. 537 [2] λ₂=0,604 Вт/(м·К).

α₂:=0,008ˑ0,604/0,021ˑ(8392)^0,9ˑ(6,62)^0,43

α₂=1763 Вт/(м²·К).

Коэффициент теплоотдачи от пара, конденсирующегося на пучке вертикально расположенных труб, определим по формуле:

где

λ₁ – коэффициент теплопроводности паров бензола при температуре конденсации t_конд=80,2ºС, Вт/(м·К). По рис. Х стр. 561 [2] λ₁=0,1326 Вт/(м·К);

ρ₁ – плотность паров бензола при температуре конденсации t_конд=80,2ºС, кг/м³. По табл. IV стр. 512 [2] ρ₁=815 кг/м³;(815)²

d_н – наружный диаметр труб, м;

n – общее число труб;

G₁ – расход паров бензола, кг/c;

μ₁ – динамический коэффициент вязкости паров бензола при температуре конденсации t_конд=80,2ºС, Па·с. По табл. IX стр. 516 [2] μ₁=0,316·10^-3Па·с.

α₁:=3,78ˑ0,1326ˑ

α₁=857 Вт/(м²·К).

Коэффициент теплопередачи определяется по формуле:

где

α₁ и α₂ – коэффициенты теплоотдачи для горячего и холодного теплоносителя, Вт/(м²·К);

∑r_ст – сумма термических сопротивлений всех слоев, из которых состоит стенка, включая слои загрязнений, (м²·К)/Вт.

K:=____1___________

1/857+0,000372+1/1763

К=478 Вт/(м²·К).

Требуемую поверхность теплопередачи определим по формуле:

где

Q – тепловая нагрузка аппарата, Вт;

К – коэффициента теплопередачи, Вт/(м²·К);

Δt_ср - средняя разность температур, К.

F: =992132,8

478ˑ57,7

F=38 м².

Как видно из табл. 4.12 стр. 215 [2] вертикальный теплообменник ТК и ТН с длиной труб 2,0м, поверхностью 38 м² не подходит, так как нет запаса. В теплообменнике, расположенном горизонтально, может оказаться выше коэффициент теплоотдачи от пара, лимитирующий теплопередачу.

Коэффициент теплоотдачи от пара, конденсирующегося на пучке горизонтально расположенных труб, определим по формуле:

где

λ₁ – коэффициент теплопроводности паров бензола при температуре конденсации t_конд=80,2ºС, Вт/(м·К). По рис. Х стр. 561 [2] λ₁=0,1326 Вт/(м·К);

ρ₁ – плотность паров бензола при температуре конденсации t_конд=80,2ºС,. кг/м³ . По табл. IV стр. 512 [2] ρ₁=815 кг/м³;

n – общее число труб;

G₁ – расход паров бензола, кг/c;

μ₁ – динамический коэффициент вязкости паров бензола при температуре конденсации t_конд=80,2ºС, Па·с. По табл. IX стр. 516 [2] μ₁=0,316·10^-3Па·с;

L – длина труб, м;

ε=0,6 при n>100.

α₁:=2,02ˑ0,6ˑ0,1326ˑ

α₁=1184 Вт/(м²·К).

При этом коэффициент теплоотдачи к воде останется тем же, а коэффициент теплопередачи увеличиться:

K:=______1_________________

1/1763+1/1184+0,000372

К=562 Вт/(м²·К).

Требуемую поверхность теплопередачи определим по формуле:

где

Q – тепловая нагрузка аппарата, Вт;

К – коэффициента теплопередачи, Вт/(м²·К);

Δt_ср - средняя разность температур, К.

F:= 992132,8

562ˑ57,7

F=38 м².

Двухходовой теплообменник ТН и ТК с длиной труб 2,0м и поверхностью 38 м² подходит с запасом Δ=15,2%.

Этот теплообменник лучше, чем в варианте 1, так как он короче, имеет меньшую массу и меньшее гидравлическое сопротивление вследствие меньшей суммарной длины пути жидкости по трубам.