Ректификация (стр. 9 из 13)

Получим:

.

Вода:

(57)

где

- проходное сечение межтрубного пространства. Здесь .

Получим:

где d_нар - наружный диаметр труб, определяющий линейный размер при поперечном обтекании, м.

Тогда теплоотдача для обоих потоков описывается уравнениями:

Смесь: при развитом турбулентном течении в трубах

(58)

Вода: при поперечном омывании потоком трубного пучка

(59)

где e_l = 1; e_j = 0.6 - коэффициент, учитывающий угол атаки теплоносителя в межтрубном пространстве; Pr - критерий Прандтля при средней температуре жидкости, Pr_w - то же, но при температуре стенки со стороны теплоносителя. Оба находятся по общей формуле:

(60)

Найдем критерии Прандтля при средней температуре для жидкостей:

Ввиду того, что температуры стенок со стороны теплоносителей неизвестны, воспользуемся методом итераций (приближений). Он сводится к следующему:

Зная средние интегральные температуры теплоносителей

зададим температуру стенки со стороны горячего (воды) теплоносителя в интервале . Например .

Находим теплофизические свойства воды при данной температуре, используя экспериментальные данные:

.

Тогда по формуле (60):

.

Зная критериальные уравнения (59) и формулу (55) найдем критерий Нуссельта, а затем и коэффициент теплоотдачи от горячей воды к стенке:

.

Найдем тепловой поток:

.

Так как входящий тепловой поток

должен быть равен потоку, проходящему поперек стенки, и соответственно выходящему, то мы можем найти температуру стенки со стороны холодного теплоносителя (смеси):

(61)

.

Определяем теплофизические свойства смеси при данной температуре по формулам (17), (49), (51) и зависимостям (18а, б), (50а, б), (52а, б):

.

Тогда:

.

Зная критериальное уравнение движения (58), найдем критерий Нуссельта и коэффициент теплоотдачи от стенки к смеси:

.

Вычислим тепловой поток:

.

При стационарном процессе теплопередачи значения тепловых потоков

должны быть одинаковыми. Если это не так, то необходимо заново задать температуру стенки со стороны горячего теплоносителя, до тех пор пока тепловые потоки не будут равны.

Можно заметить, что для этого необходимо повысить

, например до . Тогда (без подробных расчетов):

.

.

.

.

(61) Þ

.

Определяем теплофизические свойства смеси:

.

Тогда:

.

.

Теперь необходимо слегка понизить температуру

, например до . Тогда получим:

,

.

Теперь определим коэффициент теплопередачи:

Определим расчетную площадь поверхности теплопередачи:

С запасом 10%

.

А) Принимаем к установке аппараты длиной 2 м. Площадь поверхности теплообмена одного аппарата равна 2.5 м². Необходимое число аппаратов:

Примем N = 4. Запас поверхности составляет при этом:

%.

Масса одного аппарата диаметром 159 мм с трубами длиной 2 м равна M₁ = 217кг, масса элементного теплообменника из N аппаратов:

.

Б) Принимаем к установке аппараты длиной 3 м. Площадь поверхности теплообмена одного аппарата равна 3.5 м². Необходимое число аппаратов:

Примем N = 3. Запас поверхности составляет при этом:

%.

Масса одного аппарата диаметром 159 мм с трубами длиной 3 м равна M₁ = 263кг, масса элементного теплообменника из N аппаратов:

.

Вариант 2: Кожухотрубчатый теплообменник диаметром 159 мм с трубами

25*2 мм (ГОСТ 15120-79):