105 18 Смесь Смесь

Рисунок 15 – Схема четырёхходового кожухотрубчатого подогревателя

Истинная скорость движения потока по трубам и режим движения потока:

Режим движения турбулентный.

Смесь

вода – уксусная кислота

Рисунок 16 – Схема теплопередачи через стенки труб подогревателя

Расчёт коэффициента теплоотдачи со стороны пара. Коэффициент теплоотдачи для пара, конденсирующегося на наружной поверхности пучка горизонтальных труб, при заданной температуре стенки со стороны пара :

где – коэффициент, зависящий от числа труб по вертикали, , (страница 162, рис. 4.7.) [8]; – поправочная функция, учитывающая физические свойства конденсирующейся среды, для конденсирующегося водяного пара функция равна ; – коэффициент теплопроводности конденсата при температуре конденсации, ; – плотность конденсата при температуре конденсации, , [10, 12]; – удельная теплота конденсации пара, ; g – ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с²; – динамический коэффициент вязкости конденсата при температуре конденсации, , [8, 12]; – разность между температурой конденсации пара и температурой стенки со стороны пара, ; – наружный диаметр труб, .

Коэффициент теплопроводности конденсата вода-уксусная кислота при температуре конденсации 108,2˚С:

где – коэффициент теплопроводности конденсата воды и уксусной кислоты при температуре конденсации, , [9, 14].

Плотность смеси при температуре конденсации 108,2˚С:

Динамический коэффициент вязкости конденсата при температуре конденсации 108,2˚С:

Удельный тепловой поток со стороны пара:

Температура стенки со стороны потока:

где – термические сопротивления стенки с учётом загрязнений.

где – толщина стенки, ; – теплопроводность материала стенки, для нержавеющей стали ; – термические сопротивления загрязнений со стороны водяного пара, ; – термические сопротивления загрязнений со стороны потока органической жидкости, .

Расчёт коэффициента теплоотдачи от стенки к потоку. Изменения агрегатного состояния потока вода-уксусная кислота не происходит, коэффициент теплоотдачи рассчитывается через критериальное уравнение:

Коэффициент теплопроводности смеси при средней температуре потока :

где – коэффициент теплопроводности конденсата воды и уксусной кислоты при температуре потока, , [9, 14].

Критерий Нуссельта при развитом турбулентном течении в прямых трубах и каналах:

где – коэффициент, учитывающий влияние длины трубы (канала) на коэффициент теплоотдачи, .

Критерий Прандтля при средней температуре потока :

Критерий Прандтля при температуре потока равной температуре стенки со стороны потока:

Удельная теплоёмкость смеси при 90,174˚С:

где - удельная теплоёмкость воды и уксусной кислоты при температуре потока равной температуре стенки со стороны потока 90,174˚С, [9, 15].

Коэффициент теплопроводности смеси при 90,174˚С:

где – коэффициент теплопроводности воды и уксусной кислоты при температуре потока равной температуре стенки со стороны потока 90,174˚С, [9, 14].

Динамический коэффициент вязкости смеси при 90,174˚С:

где – динамический коэффициент вязкости воды и уксусной кислоты при температуре потока равной температуре стенки со стороны потока 90,174˚С, [8, 9].

Удельный тепловой поток со смеси:

, значит, температура стенки принята неверно. Необходимо задаться новой температурой стенки со стороны пара и повторить расчёт заново.

Расчёт коэффициента теплоотдачи со стороны пара. Температура стенки со стороны пара , тогда коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенки:

Удельный тепловой поток со стороны пара:

Температура стенки со стороны потока:

Расчёт коэффициента теплоотдачи от стенки к потоку. Для расчёта критерия Прандтля при температуре потока равной температуре стенки необходимо определить свойства потока при температуре стенки:

Удельная теплоёмкость смеси при 100,149˚С:

Коэффициент теплопроводности смеси при 100,149˚С:

Динамический коэффициент вязкости смеси при 100,149˚С:

Критерий Нуссельта:

Удельный тепловой поток со смеси:

, значит, температура стенки принята неверно. Чтобы определить истинную температуру стенки со стороны конденсирующегося пара построить графическую зависимость удельного теплового потока от принятой температуры стенки, то есть: и .

Рисунок 17 – График зависимости удельного теплового потока в подогревателе от температуры стенки со стороны греющего пара

, .

По найденному значению определить расчётное значение коэффициента теплопередачи и расчётную площадь поверхности теплопередачи:

Запас площади поверхности теплопередачи в выбранном теплообменном аппарате по сравнению с рассчитанной площадью.

Выбранный теплообменный аппарат подходит с запасом по площади поверхности теплопередачи 100 %.