Решение

Теплагент – насыщенный водяной пар (конденсация).

Хладагент – жидкий бензол (нагрев).

Абсолютное давление насыщенного водяного пара:

.

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

Удельная теплота фазового перехода (конденсации) насыщенного водяного пара: [2, c. 7].

Рис. 17. Профиль температур теплоносителей по длине труб подогревателя-конденсатора

Бóльшее и меньшее значение движущей силы в теплообменнике (рис. 17):

,

.

Среднее логарифмическое значение движущей силы:

.

Поскольку движущая сила представляет собой разность температур, то её величина одинакова и в градусах Цельсия, и в Кельвинах.

Среднее значение температуры хладагента:

среднее арифметическое ,

среднее интегральное .

Теплоёмкость хладагента при средней арифметической температуре:

[2, с. 18].

Плотность хладагента при средней интегральной температуре:

[2, с. 14].

Объёмный расход хладагента: .

Массовый расход хладагента:

.

Расход тепловой энергии на нагрев хладагента:

.

Находим тепловую нагрузку теплообменного аппарата и расход тепловой энергии, выделяющейся при конденсации теплагента:

.

Массовый расход теплагента (насыщенного водяного пара):

Ориентировочные значения коэффициента теплопередачи от конденсирующегося пара к органическим жидкостям в подогревателях при вынужденном движении теплоносителей [1, с. 172, табл. 4.8]:

.

Кожухотрубчатый теплообменник

Для кожухотрубчатого теплообменника выбираем середину интервала:

.

Ориентировочная поверхность теплопередачи кожухотрубчатого теплообменника: .

Выбираем из [4, с. 57, табл. 2.9] теплообменник с такой площадью поверхности, чтобы запас по поверхности составлял от 5 до 30 %. Минимальная и максимальная площади поверхности теплопередачи такого теплообменника составляют:

,

.

Массу теплообменника находим по [4, с. 56, табл. 2.8].

Подходят теплообменники:

Поверхность, м2.	70	84	81	79	75	73
Диаметр кожуха, мм.	600	600	600	600	60	800
Диаметр труб, мм.	20×2	20×2	25×2	20×2	25×2	25×2
Число ходов.	2	4	1	6	2	1
Общее число труб	370	334	257	316	240	465
Длина труб, м.	3	4,0	4,0	4,0	4,0	2,0
Масса, кг.	1970	2420	2180	2420	2220	2300

Выбираем теплообменник с наименьшей массой.

Характеристики теплообменника:

площадь поверхности теплопередачи A_ТО = 70 м²;

диаметр кожуха D = 600 мм;

диаметр труб d = 20×2 мм;

число ходов N = 2;

общее число труб n = 370;

длина труб L = 3,0 м;

масса теплообменника m_ТО = 1970 кг.

Запас по поверхности теплопередачи:

.

Теплообменник «труба в трубе»

В двухтрубном теплообменнике турбулентность потока теплоносителей выше, чем в кожухотрубчатом, что приводит к большему коэффициенту теплопередачи. Выбираем верхнюю границу интервала:

Ориентировочная поверхность теплопередачи кожухотрубчатого теплообменника: .

Выбираем из [4, с. 61, табл. 2.11, 2.12] теплообменник с такой площадью поверхности, чтобы запас по поверхности составлял не менее 5 %. Минимальная площадь поверхности теплопередачи такого теплообменника составляют: .

Подходит разборный многопоточный теплообменник типа «труба в трубе» со следующими характеристиками:

площадь поверхности теплопередачи A_ТО = 66 м²;

число параллельных потоков N = 22;

число труб n = 44;

длина труб L = 9,0 м.

Запас по поверхности теплопередачи:

.

В качестве альтернативы можно рассмотреть 6 последовательно соединённых двухпоточных теплообменников типа «труба в трубе» со следующими характеристиками:

площадь поверхности теплопередачи A_ТО = 9 м²;

диаметр труб d = 159×4,5 мм;

число параллельных потоков N = 1;

число труб n = 2;

длина труб L = 9,0 м.

Запас по поверхности теплопередачи:

.

Возможны и другие варианты компоновки теплообменного аппарата из нескольких однопоточных и двухпоточных теплообменников типа «труба в трубе». Окончательный выбор аппарата можно сделать только после гидравлического и поверочного теплового расчёта каждого выбранного варианта.

Пластинчатый теплообменник

В пластинчатом теплообменнике коэффициент теплопередачи примерно в 3 раза выше, чем в кожухотрубчатом: .

Ориентировочная поверхность теплопередачи кожухотрубчатого теплообменника: .

Выбираем из [4, с. 63, табл. 2.13] теплообменник с такой площадью поверхности, чтобы запас по поверхности составлял от 5 до 30 %. Минимальная и максимальная площади поверхности теплопередачи такого теплообменника составляют:

,

.

Подходят теплообменники:

Поверхность, м2.	25	25
Тип пластин, м2.	0,2	0,6
Число пластин.	128	44
Масса, кг.	1480	1130

Выбираем теплообменник с наименьшей массой.

Характеристики теплообменника:

площадь поверхности теплопередачи A_ТО = 25 м²;

тип пластин f = 0,6 м²;

число пластин N = 44;

масса теплообменника m_ТО = 1130 кг.

Запас по поверхности теплопередачи:

.