109 102

40 25

∆t₁=∆t_м=109-40=69 ⁰С

∆t₂=∆t_б=102-25=77 ⁰C

∆t_ср=(69+77)/2=73,05 ⁰С

Рассчитываем вспомогательные величины P и R:

=> В дальнейших расчетах пластинчатых теплообменников, даже при движении теплоносителей по схеме смешанного тока, величину ∆t_ср можно рассчитывать как для противоточной схемы движения.

Уточним значение средней температуры пара t_п:

Уточненное значение температуры t_п совпадает с найденным ранее, поэтому корректировок в расчеты теплоты конденсации компонентов пара r_i вносить не требуется.

Приближенная оценка коэффициента теплопередачи и площади поверхности теплообмена

Ориентировочно принимаем коэффициент теплопередачи равным К_ор=480 Вт/(м²*К)

Ориентировочная площадь поверхности теплопередачи F_ор, необходимая для конденсации пара

Кожухотрубчатые теплообменники

Характеристики	Вариант 1	Вариант 2	Вариант 3
Диаметр кожуха D, мм	400	600	600
Диаметр труб d, мм	20х2	25х2	25х2
Число ходов, z	2	4	2
Площадь сечения 1 хода по трубам f, м^2	0,012	0,018	0,042
Длина труб L, м	6	3	4
Площадь поверхностои теплопередачи F,м^2	46	49	57
Число труб n	-	206	240
Ориентировочная масса аппарата M, кг	1890	2100	2100

Скорость воды в трубах теплообменников:

Для варианта 1 -

Для варианта 2 -

Для варианта 3 -

От 1 варианта отказываемся из-за слишком высокой скорости воды в трубах аппарата. Во 2 варианте скорость воды тоже достаточно большая, поэтому этот вариант можно будет принять к установке только после сравнения его с вариантом 3.

Расчет варианта 2

Скорость воды в трубах W=1,63 м/с является сравнительно большой, поэтому рассмотрим возможность установки вертикального и горизонтального аппаратов.

Коэффициент теплоотдачи от пара к трубам α₁ при пленочной конденсации пара и ламинарном стекании пленки конденсата для вертикального аппарата рассчитывается по уравнению

, а для горизонтального по уравнению -

Где d_н – наружный диаметр труб;

n – число труб;

ε – коэффициент, зависящий от числа труб (n>100 => ε=0,6)

Рассчитаем физические характеристикипленки конденсата при средней температуре конденсации пара t_п=105,5 ⁰С

Плотность пленки конденсата ρ определяется из соотношения

Где ρ_i – плотность компонентов конденсата при t_п=105,5 ⁰С

ρ₁=793 кг/м³; ρ₂=1021 кг/м³

Вязкость пленки конденсата μ рассчитывается по формуле

Где μ_i – вязкость компонентов конденсата

x_i – мольные доли компонентов в конденсате; в случае полной конденсации пара x_i=y_i

Вязкость компонентов конденсата:

μ₁=0,23*10^-3 Па*с; μ₂=0,3*10^-3 Па*с

Коэффициент теплопроводности пленки конденсата λ рассчитывают приближенно по формулам

Где λ_i – коэффициенты теплопроводности компонентов конденсата

Коэффициент теплоотдачи от пара к трубам для вертикального аппарата α’_{1 верт} в соответствии с уравнением

Для горизонтального аппарата коэффициент теплоотдачи от пара к трубам α’_1,гор

Величина критерия Рейнольдса для воды:

Коэффициент теплоотдачи от труб к воде α₂ при устойчивом турбулентном течении (Re>10⁴) рассчитывается из соотношения

Где d_экв – эквивалентный диаметр канала (d_экв=d_вн)

Нам неизвестна температура t_ст2 (температура стенки со стороны жидкости), поэтому в первом приближении принимаем отношение (Pr/Pr_ст)^0,25=1,0. Величину этого отношения уточним последующим расчетом.

Примем термическое сопротивление со стороны конденсирующегося пара органических веществ

r₁=1/11600=0,00009 (м²*К)/Вт, а со стороны воды r₂=1/1860=0,00054 (м²*К)/Вт. Для легированной стали коэффициент теплопроводности λ_ст=17,5 Вт/(м*К). Тогда термическое сопротивление стенки r_ст=δ_ст/λ_ст=0,000114 (м²*К)/Вт.

Сумма термических сопротивлений r:

Коэффициенты теплопередачи для вертикального и горизонтального аппаратов соответственно:

Расчетная площадь поверхности теплопередачи для вертикального и горизонтального аппарата соответственно:

Для вертикального аппарата расчетная площадь поверхности теплопередачи, F’_{расч.верт}=57 м² оказалась больше номинальной нормализованного аппарата F_норм=49 м², поэтому следует отказаться от варианта установки вертикального аппарата.

Для горизонтального аппарата запас площади поверхности теплопередачи ∆’_гор составляет

Такой запас площади поверхности теплопередачи является допустимым.

Рассчитаем температуру стенок со стороны пара t’_ст1 и воды t’_ст2 для горизонтального аппарата из соотношения для поверхностной плотности теплового потока q

Откуда:

Разность температур

∆t=t_п-t’_ст1=105,5-67=37,7 ⁰С

Значение ∆t не превышает 40 ⁰С, поэтому уточнения не требуются.