Задание на расчет

Рассчитать теплообменный аппарат для нагревания бензола производительностью аппарата G₂ = 25. Бензол нагревается от начальной температурыt_н=18^°С до температуры кипения при давлении P_к = 1 . В качестве греющего агента использовать водяной пар (сухой, насыщенный). Давление греющего пара выбрать самостоятельно, чтобы ∆t_ср≤ 50^˚С. Температура окружающей среды t_о.с.=17^°С. Аппарат теплоизолировать, материал теплоизоляции выбрать самостоятельно. С₁=4609, C₂=1676, λ₂ =0,147, μ₂=0,43·10^-3,r₁=393,8,= 900

Расчет теплового баланса

В качестве греющего агента использован насыщенный водяной пар. Тепловые потери в окружающую среду составляют 7% от тепловой нагрузки.

(1 - межтрубное пространство, 2 – трубное пространство)

Температурная схема:

99,1 → 99,1

18→ 80,1

Δt_б=81,1 ⁰С

Δt_м=19 ⁰С

Средняя разность температур:

^˚С

Средняя температура бензола:

t₂= T-Δt_ср=99,1-41,4=57,7⁰С

Расход бензола:

G₂ = = 6,94

Теплота, необходимая для нагрева бензола до температуры кипения:

Q=G₂·C₂·Δt=6,94·1676·62,1=722312,424 Вт;

Расход греющего пара с учетом потерь:

G₁===1,96;

Таблица теплового баланса.

Статьи прихода теплоты, (Вт)	Вт	Статьи расхода теплоты, (Вт)	Вт
С горячим теплоносителем Q1	1667081,72	С горячим теплоносителем Q3	895233,724
С холодным теплоносителем Q2	209365,92	С холодным теплоносителем Q4	931678,344
		Тепловые потери Qпот	49535,572
Итого	1876447,64		1876447,64

Q₁₊ Q₂ =Q₃₊ Q₄₊ Q_пот.

Тепло, вносимое в аппарат насыщенным водяным паром:

Q₁=G₁∙r₁ + G₁·C₁·T=G₁·(r₁+ С₁∙T)=1,96·(393.8·10³ + 4609·99,1)=1667081,72 Вт

Тепло, вносимое в аппарат бензолом:

Q₂= G₂∙ =6,94∙1676∙18=209365,92Вт

Тепло, уносимое водой:

Q₃= G₁·C₁·T=1,96∙4609∙99,1=895233,724 Вт

Тепло, уносимое из аппарата бензолом:

Q₄= G₂∙=6,94∙1676∙80,1=931678,344 Вт

Потери тепла в окружающую среду:

Q_пот=49535,572 Вт

Расчет турбулентного режима (Re₂> 15000).

Режим возможен для теплообменников, у которых число труб n, приходящееся на один ход для труб диаметром d_н =мм равно:

Поскольку свойства теплоносителей мало отличаются от свойств воды, примем минимальное ориентировочное значение коэффициента теплопередачи, соответствующее турбулентному течению: К=800. При этом ориентировочное значение поверхности теплообмена составит:F_ор =.

Из таблицы 2.3. Параметры кожухотрубчатых теплообменников и холодильников следует, что подходит двухходовой теплообменник с трубами длиной 3,0 м, D_кожуха=400мм. и номинальной поверхностью F_1К=31 м², при этом запас площади составит:

. Масса теплообменника составит 1090кг.

Запас площади достаточен.

1. Коэффициент теплоотдачи для бензола:

Уточняем значение критерия Re₂:

Re₂=

Критерий Прандтля для бензола:

, здесь =0,147– коэффициент теплопроводности бензола

Расчетная формула:

Отношение принято 1,05.

.

2. Коэффициент теплоотдачи при конденсации водяного пара на пучке горизонтальных труб:

Расчет осуществляем приближенно (без учета влияния поперечных перегородок):

t_пленки =; t_ст1 =T₁-0,1·Δt_ср;

t_пленки =

Принимаем тепловую проводимость загрязнений со стороны греющего пара , со стороны бензола. Коэффициент теплопроводности стали≈46,5, тогда:

.

Коэффициент теплопередачи:

Поверхностная плотность теплового потока:

q=K∙Δt_ср.=627,63·41,4=25983,882

Проверяем принятое значение :

Было принят =1,05. Разница ~7%. РасчетK закончен.

Принимаем аппарат типа ТК.

Бензол Вода

Рис. 2