1.3. Визначення середнього температурного напору:

Температурна схема:

132,9 - 132,9

60 - 100

Δt_б=72,9 Δt_м = 32,9

Враховуючи, що Δt_б / Δt_м = 72,9 / 32,9 = 2,2 > 2, визначаємо середню різницю температур як середньо логарифмічну по залежності (2.8):

Δt_ср = (Δt_б – Δt_м) / [ln (Δt_б / Δt_м)] =

1.4. Розрахунок орієнтовної поверхні теплообміну і попередній вибір стандартизованого теплообмінника.

Згідно табл. 2.1 приймаємо орієнтовне значення коефіцієнта теплопередачі К_ор = 1000 Вт /(м²٠К). Тоді орієнтовне значення необхідної площі поверхні теплопередачі по залежності (2.12):

F_ор = Q / (К_ор·Δt_ср) = 428 889 / (1000٠ 50,3) = 8,52 м².

У відповідності з ГОСТ 15518 – 83 приймаємо пластинчатий теплообмінник розбірний з поверхнею теплообміну10 м².

Характеристика теплообмінника (Таблиці 2.10 і 2.11 додатку 2.1):

Типорозмір пластини, м² 0,3

Розміри пластини, м:

довжина 1,37

ширина 0,3

товщина 0,001

Число пластин, шт. 36

Еквівалентний діаметр каналу, м 0,008

Площа січення каналу, м² 0,0011

Приведена довжина каналу, м 1,12

Діаметр штуцерів під’єднання, м 0,065

1.5. Перевірочний розрахунок

Швидкість розчину NаОН й число Rе₂ у 18 каналах:

w₂ = = м/с

Rе₂ = w₂ d_еρ₂ /µ₂ =0,13٠0,008 ٠1077 / 0,6٠10^-3 = 1867.

Критерій Прандтля Рr₂ = 0,6٠10^-3٠3860/0,7 = 3,31.

Коефіцієнт тепловіддачі розрахуємо з рівняння (2.34), приймаючи (Рr / Рr_ст)^0,25 = 1:

α₂ = С Rеⁿ Рr^0,45 (Рr/ Рr_ст)^0,25

α₂ = = 3576,5 Вт/(м²٠К).

Для визначення коефіцієнта тепловіддачі від пари по залежності (2.36) приймемо, що Δt > 10 град. Тоді в каналах з приведеною довжиною L_пр = 1,12 м отримаємо:

Rе₁ = G₁L_пр / (µ₁F) = 0.198٠1,12 /(0,147*10^-3٠10) = 150,85;

Рr₁ = = 3860٠0,147*10^-3 / 0,686 = 0,827;

= 322٠150,85^0,7٠0,827^0,4 = 9996,3;

α₁ = Nu₁٠λ₁ / L_пр = 9996٠0,686 / 1,12 = 6122,7 Вт /(м²٠К).

Термічний опір забруднень (табл.. 2.2): зі сторони пари r_з1 = 1 / 5800 м²٠К/Вт; з боку розчину r_з2 = 1/2500 м²٠К/Вт.

Приймемо, що пластини виконані з нержавіючої сталі Х18Н10Т; коефіцієнт теплопровідності сталі λ = 15,9 Вт / (м٠К).

Сума термічних опорів стінки пластини і забруднень:

∑r = 1٠10^-3/15,9 + 1/5800 +1/2500 = 0,635٠10^-3 м²٠К/Вт.

Коефіцієнт теплопередачі

К = = 927,64 Вт/(м²٠К).

Перевіримо коректність прийнятого припущення відносно Δt по формулі:

Δt = Δt_ср К/α₂ = 50,3٠927,64/3576,5 = 13,046 ⁰С.

Бачимо, що Δt > 10⁰С, тобто використання залежності (2.36) правомірне.

Необхідна площа поверхні теплопередачі:

F = Q/(К٠Δt_ср) = 428889/(927,64٠50,3) = 9,2 м².

Обраний стандартизований теплообмінник підходить із запасом Δ = (10-9,2)100/9,2 = 8,7 %. Запас поверхні теплообміну повинен бути 15 – 20%. Таким чином, треба підібрати інший стандартизований теплообмінник, наприклад (табл. 2.10 додатку 2.1) з поверхнею теплообміну 12,5 м² і числом пластин 44, і провести знов перевірочний розрахунок.

Але можна використати інший варіант.

Звернемо увагу на опори тепловіддачі: від пари при її конденсації – 1/6122,7; від стінки до розчину – 1/3576,5. Тобто термічний опір тепловіддачі до розчину майже вдвічі більше. Якщо його зменшити, необхідна площа поверхні теплообміну також зменшиться. Як повпливати на коефіцієнт тепловіддачі α₂, а саме - збільшити його?

Перевірочний розрахунок обраного пластинчатого теплообмінника був проведений для схеми компоновки пластин Сх.: 18/18. Це означає, що гріюча пара подається в один пакет з кількістю каналів 18, і в один пакет з такою самою кількістю каналів подається розчин. Пакет по суті аналогічний одному ходу по трубах у багатоходових кожухотрубних теплообмінниках. Якщо прийняти схему компоновки пластин, наприклад, Сх.: 18/(9 + 9), тобто розчин буде рухатися по двох ходах, швидкість розчину зросте, що призведе до збільшення коефіцієнта тепловіддачі α₂, відповідно до збільшення коефіцієнта тепловіддачі і зменшення необхідної поверхні теплообміну. Слід відмітити, що із збільшенням ходів (пакетів) зростає також і гідравлічний опір, тому остаточний вибір теплообмінника потребує техніко-економічного розрахунку.

Приймемо умовно, що обраний теплообмінник задовольняє промисловим вимогам (з точки зору запасу поверхні теплообміну).