8.Выбор типа рассчитанного двухходового теплообменника.

Поверхностная плотность теплового потока равна:

где

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

Δt_ср – средняя разность температур, К.

q:= 562ˑ57,7

q=32427,4 Вт/м².

Температура стенки со стороны паров бензола равна:

где

t₁ – температура конденсации паров бензола, ⁰С;

q – поверхностная плотность теплового потока, Вт/м²;

α₁ – коэффициент теплоотдачи от паров бензола, Вт/(м²·К).

t_ст1:=80,2 -32427,4

1184

t_ст.1=52⁰С.

Температура стенки со стороны воды равна:

где

t₂ – средняя температура воды, ⁰С;

q – поверхностная плотность теплового потока, Вт/м²;

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

t_ст2:= 22,5+32427,4

1763

t_ст.2=40⁰С.

Определим температуру наружной поверхности труб:

t_тн:= t_ст1- q

r_загр1

где

t_ст.1 – температура стенки со стороны паров бензола, ⁰С;

q – поверхностная плотность теплового потока, Вт/м²;

r_загр.1 – термическое сопротивление загрязнений со стороны паров бензола, Вт/(м²·К).

t_тн:=52-32427,4

11600

t_т.н.=49,2⁰С.

Определим температуру внутренней поверхности труб:

t_тв:= t_ст2+ q

r_загр2

где

t_ст.2 – температура стенки со стороны воды, ⁰С;

q – поверхностная плотность теплового потока, Вт/м²;

r_загр.2 – термическое сопротивление загрязнений со стороны воды, Вт/(м²·К).

t_т.в.=45,6⁰С.

Средняя температура стенок труб:

t_т=0.5·(49.2+45.6)=47.4 К

Средняя разность ( t_к - t_т )=(80,2 – 47,4)=32,8 К. Величина ( t_к - t_т ) не больше 40 К (по табл. XXXV стр. 534 [2]), поэтому принимаем аппарат типа ТН.

9.Составление схемы процесса теплопередачи.

Схема процесса теплопередачи представлена на рис.3

Пары бензола Вода

t₁ = 80,2°С t₂ = 22,5°С

t_ст.2 = 40°С

t_ст.1 = 52°С q = 32427,4 Вт/м²

α₁ = 1184 Вт/(м²·К) α₂ = 1763 Вт/(м²·К)

δ

τ_загр.1 τ_загр.2

Рис.3

10. Расчёт гидравлического сопротивления.

Расчет гидравлического сопротивления кожухотрубчатого теплообменника проводим по формулам приведенным ниже.

Скорость воды в трубах равна:

где

G_тр – расход воды, кг/с;

n - общее число труб;

z - число ходов по трубному пространству;

d - внутренний диаметр труб, м;

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

ω_тр:= 4ˑ15,79ˑ2_________

3,14ˑ0,021²ˑ240ˑ997,5

ω_тр=0,381 м/с.

Коэффициент трения при Re_тр>2300 можно определить по формуле:

где

е=Δ/d – относительная шероховатость труб;

Δ – высота выступов шероховатостей ( в расчетах можно принять

Δ=0,2·10^-3 м);

d – внутренний диаметр труб, м;

Re_тр – критерий Рейнольдса для воды

λ:=0,25ˑ [lg[0,2ˑ10^-3/0,021ˑ3,7+(6,81/8392)^0,9]]^-2

λ=0,044.

Скорость воды в трубном штуцере определяется по формуле:

где

G₂ – расход воды, кг/с;

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

d_тр.ш – диаметр трубного штуцера, м. По табл. II.8 стр. 27 [4] d_ш=150мм.

ω_трш:= 4ˑ15,79________

3,14ˑ0,15²ˑ997,5

ω_тр.ш=0,8963 м/с.

В трубном пространстве следующие местные сопротивления: вход в камеру и выход из нее, один поворот на 180º и по два раза вход в трубы и выход из них.

Гидравлическое сопротивление трубного пространства определим по формуле:

где

λ – коэффициент трения;

L – длина труб, м;

z - число ходов по трубному пространству;

d - внутренний диаметр труб, м;

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

ω_тр – скорость воды в трубе, м/с;

ω_тр.ш – скорость воды в трубном штуцере, м/с.

Δp_тр:=[(0,044ˑ2ˑ2)/0,021ˑ((0,381)²ˑ997,5)/2]+[2,5ˑ(2-1)+2ˑ2]ˑ(997,5ˑ(0,381)²)/2+3ˑ(997,5ˑ(0,8963)²)/2

Δp_тр=2279Па

Число рядов труб, соприкасающихся с парами бензола в межтрубном пространстве m≈√240=15,5; округлим в большую сторону: m≈16. Число сегментных перегородок х=4 (по табл. II.9 стр. 27 [4]). Диаметр штуцеров к кожуху d_мтр.ш=0,2 м, скорость паров бензола в штуцерах определим по формуле:

где

G₁ – расход паров бензола, кг/c;

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

d_мтрш – диаметр межтрубного штуцера, м. По табл. II.8 стр. 27 [4] d_мтрш=0,2 м.

ω_мтрш:= 4ˑ2,52_______

3,14ˑ(0,2)²ˑ815

ω_мтр.ш=0,0987 м/c.

Скорость паров бензола в наиболее узком сечении межтрубного пространства площадью S_мтр=0,04 м² (по табл. II.3 стр. 25 [4]), равна:

где

G₁ – расход паров бензола, кг/c;

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

S_мтр – площадь наиболее узкого сечение межтрубного пространства, м².

ω_мтр:= 2,52_______

0,04ˑ815

ω_мтр=0,077 м/c.

В межтрубном пространстве следующие местные сопротивления: вход и выход паров бензола через штуцера, 4 поворота через сегментные перегородки (по их числу х=4) и 5 сопротивлений трубного пучка при его поперечном обтекании (х+1).

Сопротивление межтрубного пространства равно:

где

х – число сегментных перегородок. По табл. II.9 стр. 27 [4] х=4;

m – число рядов труб, преодолеваемых потоком теплоносителя в межтрубном пространстве, m≈16;

Re_мтр – критерий Рейнольдса для паров бензола;

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

ω_мтр – скорость паров бензола в наиболее узком сечении межтрубного пространства, м/c;

ω_мтр.ш - скорость паров бензола в штуцерах, м/c.

Δp_мтр:= 3ˑ16ˑ(4+1) ˑ 815ˑ(0,077)² +4ˑ1,5ˑ 815ˑ(0,077)² +3ˑ815ˑ(0,0987)²

(4384)^0,2 2 2 2

Δp_мтр=134,789Па