- •Расчёт плотности и вязкости Задача 1
- •Решение
- •Задача 2
- •Решение
- •Задача 3
- •Решение
- •Задача 4
- •Решение
- •Задача 5
- •Решение
- •Задача 6
- •Решение
- •Гидростатическое давление Задача 7
- •Решение
- •Задача 8
- •Решение
- •Задача 9
- •Решение
- •Задача 10
- •Решение
- •Гидравлическое сопротивление трубопровода Задача 11
- •Решение
- •Задача 12
- •Решение
- •Задача 13
- •Решение
- •Местные сопротивления
- •Задача 14
- •Решение
- •Гидравлическое сопротивление теплообменника Задача 15
- •Решение
- •Местные сопротивления кожухотрубчатого теплообменника
- •Задача 16
- •Решение
- •Расчёт цетробежного насоса Задача 17
- •Решение
- •Задача 18
- •Решение
- •Задача 19
- •Решение
- •Задача 20
- •Решение
- •Работа насоса на гидравлическую сеть Задача 21
- •Решение
- •Задача 22.
- •Решение
- •Задача 23
- •Решение
- •Тепловой баланс Теплообменного аппарата Задача 25
- •Решение
- •Задача 26
- •Решение
- •Задача 27
- •Решение
- •Движущая сила процесса теплопередачи Задача 28
- •Решение
- •Задача 29
- •Решение
- •Задача 30
- •Решение
- •Задача 31
- •Решение
- •Ориентировочный расчёт теплообменника Задача 34
- •Решение
- •Задача 35
- •Решение
- •Поверочный расчёт теплообменника типа «труба в трубе» Задача 36
- •Решение
- •Поверочный расчёт пластинчатого теплообменника Задача 37
- •Решение
- •Подбор и расчёт кожухотрубчатого испарителя Задача 38
- •Решение
- •Расчёт толщины тепловой изоляции Задача 39
- •Решение
- •Задача 40
- •Решение
- •Литература
Подбор и расчёт кожухотрубчатого испарителя Задача 38
В кубе-кипятильнике производится испарение 4 т/ч бензола при нормальном атмосферном давлении. В качестве теплагента используется насыщенный водяной пар, подаваемый под избыточным давлением 0,2 кгс/см². Тепловыми потерями пренебречь. Подобрать теплообменник и выполнить его поверочный расчёт.
Решение
Теплагент – насыщенный водяной пар (конденсация).
Хладагент – жидкий бензол (кипение).
Абсолютное давление насыщенного водяного пара:
.
Температура и удельная теплота конденсации насыщенного водяного пара: , [2, c. 7].
Температура кипения и удельная теплота испарения хладагента (бензола) при нормальном атмосферном давлении:
[2, c. 13], [2, c. 20].
Движущая сила в случае постоянства температур теплоносителей равна их разности: .
Массовый расход хладагента:
.
Расход тепловой энергии на испарение хладагента (бензола):
.
При отсутствии тепловых потерь: .
Массовый расход теплагента (насыщенного водяного пара):
.
Физические свойства парового конденсата при температуре :
плотность [2, с. 4],
вязкость [2, с. 4],
теплопроводность [2, с. 4].
Физические свойства халадагента при :
плотность жидкости [2, с. 14],
вязкость жидкости [2, с. 15],
теплоёмкость жидкости [2, с. 18],
теплопроводность жидкости [2, с. 19],
поверхностное натяжение [2, с. 16],
молярная масса [2, c. 13],
плотность пара
.
Коэффициент теплоотдачи при конденсации пара на вертикальных поверхностях:
,
где
.
При различной высоте труб получаем различные значения a:
L = 2 м, ;
L = 3 м, ;
L = 4 м, .
Коэффициент теплоотдачи при кипении в трубах:
,
где – плотность пара при нормальном атмосферном давлении.
Поскольку по условию задачи теплообменник работает при нормальном атмосферном давлении, то и формула для коэффициента теплоотдачи при кипении в трубах принимает вид:
,
где
.
При кипении в трубах кожухотрубчатые испарители могут быть только одноходовыми. Тогда, в соответствие с таблицей [4, с. 57, табл. 2.9], у всех испарителей диаметр труб составляет 25×2 мм, откуда:
, .
С учётом цилиндрической стенки корректируем коэффициент b:
.
Загрязнения поверхности стенки [1, с. 531, табл. XXXI]:
со стороны теплагента (насыщенный пар)
со стороны хладагента (органическая жидкость) .
Теплопроводность стальной стенки трубок теплообменника:
для неагрессивных жидкостей берём углеродистую сталь ,
для агрессивных жидкостей (органические кислоты, нитробензол) берём нержавеющую сталь .
Сумма термических сопротивлений стенки и её загрязнений:
.
С ростом плотности теплового потока q коэффициент теплоотдачи со стороны конденсирующегося пара α1 уменьшается, а со стороны кипящей жидкости α2 растёт. При этом существует оптимальное значение q, при котором зависящий от коэффициентов теплоотдачи коэффициент теплопередачи будет максимальным.
Оптимальное значение плотности теплового потока находят из уравнения:
.
Решаем уравнение методом подбора:
L = 2 м, , q = 15 156 Вт/м2;
L = 3 м, , q = 14 962 Вт/м2;
L = 4 м, , q = 14 812 Вт/м2.
Критическое значение плотности теплового потока при кипении:
.
Расчётная площадь поверхности теплопередачи:
L = 2 м, ;
L = 3 м, ;
L = 4 м, .
Выбираем из [4, с. 57, табл. 2.9] одноходовой теплообменник с такой площадью поверхности, чтобы запас по поверхности составлял от 5 до 50 %.
Характеристики теплообменника:
площадь поверхности теплопередачи AТО = 40 м2;
диаметр кожуха D = 600 мм;
диаметр труб d = 25×2 мм;
число ходов N = 1;
общее число труб n = 257;
длина труб L = 2,0 м.
Запас по поверхности теплопередачи:
.