Тепловая нагрузка аппарата:

Q = G₁c₁(t_1н – t_1к),

где с₁= 1785 Дж/кг∙К – теплоемкость метилового спирта,

G₁- массовый расход метилового спирта.

G₁ = 18000/3600 = 5 кг/с,

Q = 5∙1,785(60-25)=312375 Вт.

Массовый расход воды:

G₂= Q/(с₂(t_2к – t_2н)),

где с₂ = 2,6 кДж/кг·К – теплоемкость воды.

G₂ = 312375/(4,19∙10³∙(32-16))=4,659 кг/с.

Размер каналов:

Задаемся скоростью движения бензола w₁ = 1 м/с, тогда площадь поперечного сече­ния канала составит:

S₁ = G₁/(₁w₁) = 5/(7711) = 0,0065 м²,

где ₁ = 771 кг/м³ – плотность метилового спирта;

При ширине канала b₁ = 12 мм высота ленты должна составлять:

h = S₁/b₁ = 0,0065/0,012 = 0,54 м;

принимаем по ГОСТ 12067-80 h = 0,6 м;

ширину второго канала принимаем b₂ = b₁ = 0,012 м;

толщина листа  = 3,5 мм.

Коэффициент теплоотдачи от метилового спирта к стенке:

Эквивалентный диаметр канала:

d = 2bh/(b+h) = 20,0120,6/(0,012+0,6) = 0,0235 м.

Скорость движения метилового спирта:

w₁ = G₁/(bh₁) = 5/(0,0120,6771) = 0,9 м/с.

К ритерий Рейнольдса:

Re₁ = w₁d ₁/₁ = 0,90,0235771/0,43710^-3 = 37315,

где ₁ = 0,43710^-3 Пас – вязкость метилового спирта.

Критерий Нуссельта:

Nu₁ = 0,021Re₁^0,8Pr₁^0,43(Pr₁/Pr_ст1)^0,25.

Критерий Прандтля:

Pr₁ = сμ/λ = 1,785·0,437/0,1258 = 6,2.

где ₁ = 0,1258 Вт/(мK) – теплопроводность метилового спирта.

Принимаем в первом приближении (Pr₁/Pr_ст1)^0,25 = 1, тогда

Nu₁ = 0,02137315^0,86,2^,43 = 209.

₁ = Nu₁₁/d = 2090,1258/0,0235 = 1118,8 Вт/(м²K)

Коэффициент теплоотдачи от стенки к воде.

Скорость движения воды:

w₂ = G₂ /(bh₂) = 4,659/(0,0120,6997) = 0,65 м/с,

где ₂ = 997 кг/м³ – плотность воды.

Критерий Рейнольдса:

Re₂ = w₂d ₂/₂ = 0,650,0235997/0,914210^-3 = 16658,

где ₁ = 0,914210^-3 Пас – вязкость воды.

Критерий Нуссельта:

Nu₂ = 0,021Re₂^0,8Pr₂^0,43(Pr₂/Pr_ст2)^0,25.

Критерий Прандтля для воды определяем по монограмме «Значения критерия Прандтля для жидкостей»:

Pr₂ = 4,58

Примем в первом приближении (Pr₁/Pr_ст1)^0,25 = 1, тогда

Nu₂ = 0,02116658^0,86,286^0,43 = 110,4.

₂ = Nu₂₂/d = 110,40,60596/0,0235 = 2846,7 Вт/(м²K).

где ₂ = 0,60596 Вт/(мK) – теплопроводность воды.

Тепловое сопротивление стенки:

,

где _cт =17,5 Вт/(мК) – теплопроводность нержавеющей стали

r₁=r₂=1/5800 мК/Вт – тепловое сопротивление загрязнений

= (0,0035/17,5) + (1/5800) + (1/5800) = 5,410^-4 мК/Вт.

Коэффициент теплопередачи:

=

1/(1/1118,8+ 5,410^-4 + 1/2846,7) = 560 Вт/(м²К).

Рассчитываем температуру стенки:

t_ст1 = t_cр1 – Kt_ср/₁ = 42,5 – 56016,7/1118,8 = 34,15 С –tttt

t_ст2 = t_cр2 + Kt_ср/₂ = 24 + 56016,7/2846,7 = 27,28 С –tttt

Уточняем коэффициенты теплоотдачи при температуре стенки по монограмме «Значения критерия Прандтля для жидкостей»:

Pr_1ст = 5,75

_1ут = 1118,8(6,2/5,75)^0,25 = 1140 Вт/(м²К).

Pr_2ст = 5,9

_2ут = 2846,7(6,286/5,9)^0,25 = 2892 Вт/(м²К).

Уточненный коэффициент теплопередачи:

K = 1/(1/1140 + 5,410^-4+1/2892) = 567 Вт/(м²К)

Проверяем температуру стенки

t_ст1 = t_cр1 – Kt_ср/₁ = 42,5 – 56716,7/1140 = 34,2 С –tttt

t_ст2 = t_cр2 + Kt_ср/₂ = 24+ 56716,7/2893 = 27,3 С –tttt

Полученные значения близки к ранее принятым.

Поверхность теплообмена:

F = Q/( Kt_ср) = 312,37510³/(56716,7) = 33 м².

Так как теплообменник с ближайшей большей поверхностью F = 40 м² изготовляется с шириной листа 0,7 или 1,0 м, то принимаем к установке два последовательно соединенных теплообменника с поверхностью теплообмена 20,0 м² каждый