Пример решения

Исходные данные: T₁ = 80 ºС, T₂=40 ºС, t₁ = 10 ºС, t₂ = 34 ºС.

Решение: Определить среднюю разность температур в многоходовых теплообменниках с простым смешанным током можно по двум формулам [13]:

Вариант 1. По формуле:

, (1.4)

где , где - изменение температуры горячего теплоносителя, - изменение температуры холодного теплоносителя.

Вариант 2. По формуле:

, (1.5)

где- поправочный коэффициент к средней разности температур, вычисленной для противотока. Значение берется из специальных графиков. Примеры таких графиков даны на рис. П1.1 (приложение 1).

Проведем расчет по Варианту 1. Составим температурную схему при противотоке (жидкости движутся в разных направлениях):

80 → 40

34 ← 10

Δt_б = 46 Δt_м = 30

Средняя разность температур в многоходовом теплообменнике:

.

ºС.

Сделаем расчет по Варианту 2. Вычислим среднюю разность температур для противотока:

ºС.

Найдем величины P и R рисунок П1.1(прил. 1):

; .

; .

По графику (рис. П1.1(прил. 1)) определяем значение поправочного коэффициента . При Р = 0,34 и R = 1,66 находим = 0,9.

Следовательно, средняя разность температур в многоходовом теплообменнике:

ºС.

Ответ: средняя разность температур в многоходовом теплообменнике, имеющим один ход в межтрубном пространстве и два хода в трубном: по Варианту 1 равна 32 ºС, рассчитанная по Варианту 2 ºС.

1.3. Воздух подогревается в трубном пространстве двухходового кожухотрубчатого теплообменника с t₁,ºС до t₂,ºС при среднем давлении (абсолютном) р = 810 мм рт. ст. Объемный расход воздуха при нормальных условиях (0ºС и 760 мм рт. ст.) составляет υ₀, м³/ч. Общее число труб – 450, на один ход трубного пространства – 225. Диаметр труб равен 38х2 мм. В межтрубное пространство подается насыщенный водяной пар под давлением (абсолютным) р_абс,МПа.

Определить необходимую поверхность теплообмена и длину трубчатки. Принять коэффициент теплопередачи равным коэффициенту теплоотдачи со стороны воздуха.

Пример решения

Исходные данные: t₁ = 2ºС, t₂ = 90 ºС, υ₀ = 8290 м³/ч, р_абс= 0,2МПа (~2кгс/см²).

Решение: найдем массовый расход воздуха:

, (1.6)

где ρ₀ – плотность воздуха при нормальных условиях. ρ₀ = 1,293 кг/м³.

кг/с.

Средняя разность температур:

ºС.

Плотность воздуха при средних рабочих условиях:

кг/м³.

Объемный расход воздуха при средних рабочих условиях:

м³/с.

Скорость воздуха в трубах:

. (1.7)

м/с,

где f₂ – площадь поперечного сечения труб (на один ход).

Критерий Рейнольдса для воздуха при 46 ºС:

. (1.8)

Пользуясь номограммой для определения динамического коэффициента вязкости газов (рисунок П1.2 (прил. 1)) находим динамический коэффициент вязкости для воздуха при 46 ºС µ₂ = 0,019·10^-3 Па·с.

.

Для расчета используем формулу для турбулентного движения воздуха, принимая ε_l = 1:

. (1.9)

.

Коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха

Вт/(м²·К).

Здесь λ₂ = 0,028 Вт/(м·К) – коэффициент теплопроводности воздуха при 46 ºС (табл.П1.14 (прил.1)).

Количество передаваемого тепла:

Вт,

где с₂ = 1005 Дж/(кг·К) –удельная теплоемкость воздуха при 46ºС (табл. П1.15 (прил.1)).

При нахождении и значение температуры насыщенного водяного пара t_конд = 120,23 ºС взято в зависимости от давления, под которым он подается в межтрубное пространство теплообменника (табл. П1.16(прил.1)).

Поскольку >2, то средняя разность температур определяется по выражению

(1.10)

ºС.

Поверхность теплообмена (по заданию К ≈ α₂):

. (1.10)

м².

Длина трубчатки (по поверхности, омываемой воздухом)

м.

По каталогу такие теплообменники имеют трубчатки длиной 1; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0 м. Принимаем теплообменнике с трубчаткой длиной 4 м. Запас поверхности теплообмена составит:

φ=.

Проверка принятой величины ε_l L/d = 4000/38 = 105 > 50. Таким образом, величина ε_l = 1 была принята правильно.

Ответ: необходимая поверхность теплообмена F = 82,8 м², длина трубчатки - 4 м.

1.4. Построить диаграммы t – x – y и y – x для смеси бензол – толуол при абсолютном давлении Р = 760 мм рт.ст. Результаты расчетов записать в таблицу.