3.1. Коэффициент теплоотдачи конденсирующегося бензола.

Температурный напор на пленке конденсата

∆t = t_к-t_ст.1=80,1-59,9= 22,2⁰С

Физические параметры конденсата бензола при средней температуре

t_бcр=(80,1+57,9)²/2=69⁰C

ρ=826кг/м³; λ=0,114ккал/м*часК; μ= 0,358сП [3]

Коэффициент теплоотдачи от бензола к трубкам

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

=1,15⁴√94,5*826²*0,114³3600/(0,358*1,02*10^-4*22,2*1) =

= 928,1ккал/м²часК

3.2. Удельный тепловой поток от бензола к стенке

q₁=альфа_к(t_к-t_cт.1) = 928,1(80,1-57,9)=20604ккал/м²час

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

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

3.4. Удельный тепловой поток к воде

q₂=(t_cт.1--t_в)/R_в =(57,9-27,2) / 0,001494=20549 ккал/м²часК

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

Итак, q=20550ккал/м²час.

4. Необходимая поверхность теплообмена

F=Q/q = 94500/20550 = 4,6м²

5. По таблице №7 (Приложение) принимаем четырехходовой теплообменник с диаметром корпуса 400мм, с общим количеством трубок n=100 (n₁=25 – количество трубок в одном ходе), с поверхностью теплообмена F = 7м²; с высотой трубок 1000мм и с трубками d25/d21мм.

6. Эскизный проект рассчитанного четырёхходового вертикального кожухотрубчатого теплообменника привести на чертеже.

Для размещения трубок на трубной доске и при определении шага между трубками использовать рекомендации, приведенные в курсовой работе №1.

Диаметр патрубка для паров бензола рассчитать при скорости паров W_пб = 20-25м/с и при плотности паров бензола равной 2,7кг/м³.

Диаметр патрубка для жидкого бензола рассчитать при скорости жидкости равной W_б = 1-2м/с и при плотности бензола на линии насыщения равной 825кг/м³.

Патрубки для подвода и отвода охлаждающей воды рассчитать при скорости движения воды равной 5-7м/с и при плотности воды 1000кг/м³.

На эскизе теплообменного аппарата указать направления движения теплоносителей и изобразить разделительные стенки в крышках теплообменника.

7.1.4. Курсовая работа №4 Тепловой и компоновочный расчёты спирального теплообменника

Задание. Произвести тепловой и компоновочный расчеты спирального теплообменника для конденсации насыщенного пара бензола с расходом G_б=1000кг/час при атмосферном давлении.

Жидкий бензол отводится при температуре конденсации насыщенных паров. Охлаждающий агент - вода с начальной температурой –t_в¹=22⁰С и конечной –t_в¹¹=32⁰C. Термическое сопротивление поверхности теплообмена со стороны бензола – 0,0001м²час*К/ккал, а со стороны воды - 0,0007м²*час*К/ккал. Температура кипения бензола при атмосферном давлении t_к=80,1⁰С, а скрытая теплота парообразования бензола – r=94,5ккал/кг.

Решение.

1. Определяем основные параметры спирального теплообменника.

Больший температурный напор ∆t_б = t_к - t_в¹ = 80,1-22 = 58,1⁰С

Меньший температурный напор ∆t_м = t_к - t_в¹¹ = 80,1-32 = 48,1⁰С

Среднелогарифмический напор

∆t=(∆t_б - ∆t_м)/ℓn(∆t_б/∆t_м) = (58,1-48,1)/ℓп(58,1/48,1)=52,9⁰С

Средняя температура охлаждающей воды

t_в = t_к - ∆t=80,1 - 52,9 = 27,2⁰С

Тепловая нагрузка (теплопроизводительность )

Q=G_бr =1000*94,5=94500ккал/час=94500*427*9,81/3600 = 109958Вт ≈ 110кВт

Здесь:

r = 94,5ккал/кг - скрытая теплота парообразования бензола при атмосферном давлении;

G_б = 1000кг/час – массовый расход бензола (задано).

Массовый расход охлаждающей воды

G_в =Q/c_р(t_в¹¹-t_в¹) =94500/(1*(32-22)) = 9450кг/час.

Здесь с_р= 1ккал/кг*К – теплоёмкость воды при средней температуре t_в=27,2⁰С.

2. Тепловой расчет спирального теплообменника.

Основные размеры канала спирального теплообменника и скорости движения теплоносителей.

2.1. Площадь поперечного сечения канала спирального теплообменника определяем по параметрам движения охлаждающей воды.

Принимаем скорость движения воды W ≈ 0,5м/c. Тогда ориентировочная площадь поперечного сечения канала

S=G_в/(ρ*w*3600)= 9450/(1000*0,5*3600) = 0,00525 м²,

где ρ = 1000кг/м³ – плотность воды

Примечание: при значении массового расхода воды, превышающем 10000кг/час, принимать скорость движения воды по зависимости

W ≈ 0,5 + (G_в - 10000)*0,5/10000,

а затем определять площадь поперечного сечения канала.

Принимая высоту канала равной в=10мм, получим ширину спирали

В=S/в=0,00525/0,01 = 0,525 м= 525 мм

С учетом конструктивных особенностей организации уплотнения каналов с торцов (рис.5 и рис.6, Приложение), принимаем ширину канала равной

В_к=0,5=500 мм.

Тогда, скорость охлаждающей воды равна

W_в=G_в/(3600*ρ_в*В_к*в)=9450/(3600*1000*0,5*0,01) = 0,525м/c

Для бензола принимаем такое же сечение канала S_б = S

Скорость движения бензола в каналах теплообменника

W_б = G_б/(3600*ρ_б*В_к*в) = 10³/3600*825*0,5*0,01=0,067м/c

Здесь ρ_б = 825кг/м³ плотность жидкого бензола на линии насыщения [2].