Задача 30

Определить среднюю движущую силу процесса теплопередачи и средние температуры теплоносителей для реактора с мешалкой, где происходит охлаждение жидкости от 80 °С до 60 °С с помощью хладагента, подающегося в змеевик, если хладагент при этом нагревается 25 °С до 50 °С.

Решение

Теплагент – жидкость (охлаждение в аппарате с мешалкой).

Хладагент – жидкость (нагрев в змеевике).

Тип аппарата – аппарат перемешивания со змеевиком.

Структура потоком в аппарате, снабжённом мешалкой, близка к модели идеального смешения (МИС). Такая структура потоков характеризуется постоянством температуры теплоносителя по всему объёму аппарата (рис. 15).

Рис. 15. Профиль температур теплоносителей в реакторе с мешалкой и охлаждающем змеевиком

Таким образом, для теплагента, перемешиваемого мешалкой, температура постоянна практически по всей длине аппарата до выхода. И только на входе теплагента наблюдается резкий скачок температуры. Однако вклад этого скачка температур в движущую силу пренебрежимо мал, и при расчёте движущей силы им пренебрегают, считая температуру перемешиваемого теплоносителя постоянной по всей длине аппарата и равной температуре на выходе.

Структура потоком в змеевике близка к МИВ, поэтому для поступающего в змеевик хладагента профиль температур представляет плавную выпуклую кривую.

Бóльшее и меньшее значение движущей силы в теплообменнике:

,

.

Среднее логарифмическое значение движущей силы:

.

Среднее значение температуры теплагента, структура потока которого близка к МИС, равна его конечной температуре:

.

Среднее значение температуры хладагента:

среднее арифметическое ,

среднее интегральное .

Задача 31

Определить среднюю движущую силу процесса теплопередачи и средние температуры теплоносителей для реактора с мешалкой, где происходит нагрев жидкости от 20 °С до 70 °С с помощью насыщенного водяного пара, подаваемого в рубашку реактора под избыточным давлением 0,5 кгс/см². Атмосферное давление принять равным 750 мм рт. ст.

Решение

Теплагент – насыщенный водяной пар (конденсация в рубашке аппарата).

Хладагент – жидкость (нагрев в аппарате с мешалкой).

Тип аппарата – аппарат перемешивания с рубашкой.

Абсолютное давление насыщенного водяного пара:

.

Температура насыщенного водяного пара: [2, c. 7].

Фазовый переход (конденсация пара) происходит без изменения температуры. На рис. 16 профиль температур теплагента в этом случае изображается горизонтальной линией.

Для хладагента, перемешиваемого мешалкой, температура постоянна практически по всей длине аппарата до выхода. При расчёте движущей силы считают температуру перемешиваемого теплоносителя постоянной по всей длине аппарата и равной температуре на выходе.

Рис. 16. Профиль температур теплоносителей в реакторе с мешалкой и обогревающей рубашкой

Среднее значение температуры хладагента, структура потока которого близка к МИС, равна его конечной температуре: .

Движущая сила в случае постоянства температур теплоносителей равна их разности: .

Ориентировочный расчёт теплообменника Задача 34

В теплообменнике, обогреваемом насыщенным водяным паром, производится нагрев бензола от 20 °C до 70 °C. Избыточное давление насыщенного водяного пара составляет 1 кгс/см², атмосферное давление 750 мм рт. ст. Расход жидкого бензола составляет 49 м³/ч. Тепловые потери составляют 5 % от тепловой нагрузки теплообменника. Определить ориентировочную поверхность теплообменника и подобрать под неё стандартные кожухотрубчатый, двухтрубный и пластинчатый теплообменники.