Расчет кожухотрубчатого теплообменника (стр. 1 из 2)
Дано:
Материальный баланс колонны:
кг/с 
Пересчет массовых % в мольные доли:
Тепловой баланс теплообменника:
По табл. XLVII (П.Р., 543)
По рис. XI (П.Р., 562)
кал/кг×с 
Дж/кг×К 
Расход воды:
кг/с (Д., 32)Ф/х свойства воды при т-ре 30С
кг/м3 
Вт/(м×К) 
Па×сСреднелогарифмическая разность температур:
СФ/х cвойства cмеси метилового спирта и воды с массовой долей метилового спирта 7% при температуре 30 С
кг/м3 (т. 1-101, Перри, 51)Коэффициент динамической вязкости смеси рассчитывается по уравнению Томаса (ф. 1-91, Перри, 26):
, где 
, 
температура смеси; 
постоянная вязкости, определяемая путем суммирования атомных и структурных составляющих смеси.Для смеси метиловый спирт-вода,
(т. 1-14, Перри, 26)Таким образом,
Па×сКоэффициент теплопроводности смеси органических жидкостей и воды с достаточной степенью точности можно посчитать по уравнению Краго (1-70, Перри, 22):
,где
относительная плотность смеси жидкостей по воде, равная в данном случае 0.99Таким образом
Удельную теплоемкость растворов органических жидкостей можно посчитать по методу Джонсона и Хуанга с помощью аддитивных составляющих (т. 1-7, Перри, 15). Для смеси вода-метиловый спирт при содержании спирта 7% по массе, теплоемкость практически равна теплоемкости воды при т-ре 30 градусов, или равна
Дж/(кг×К) (р. XI, П.Р., 562)Пустим спирт по трубам, а воду – в межтрубном пространстве.
Объемный расход спирта и воды:
м3/с (П.Р, 216) 
м3/с (П.Р, 216)Согласно т.4.8 (П.Р., 172) минимальное значение Kopдля турбулентного режима составляет 250 Вт/(м×К)
Ориентировочная поверхность составляет:
м2 
м2В теплообменных трубах 25х2 мм по ГОСТ 15120-79 скорость течения спирта при Re1>10000 должна быть не менее:
м/c (П.Р, 216)Проходное сечение трубного пространства должно быть не менее:
м2Кожухотрубчатый холодильник наименьшего диаметра 159 мм с числом труб 13 имеет площадь 0.5×10-2 м2 (табл. 4.12, П.Р,215). Следовательно турбулентное течение спирта можно обеспечить только в аппарате с меньшим диаметром трубного пространства, т.е. в теплообменнике "труба в трубе".
Вариант 1. Теплообменник "труба в трубе" (ГОСТ 9930-78).
1.1 Рассмотрим аппарат, изготовленный из труб 89х4 мм (наружная) и 57х3.5 (внутренняя). Скорость спирта в трубах для обеспечения турбулентного движения должна быть не менее:
м/c (П.Р.,216)Число параллельно работающих труб 57х3.5 мм, при этом
(П.Р.,217)Примем n=2. Определим критерий Рейнольдса и скорость для спирта:
м/с (П.Р.,217) 
(П.Р., 217)Критерий Рейнольдса соответствует турбулентному движению.
Для воды:
(П.Р.,217)где 0.024 – эквивалентный диаметр, равный 0.081-0.057
1.2. Составим схему процесса теплопередачи. По табл. 4.1 (П.Р., 151) находим, что теплоотдача для спирта и воды (турбулентный режим у обеих жидкостей) описывается ур. 4.17. (П.Р., 154)
Коэффициент
примем равным 1.Ввиду того, что температуры стенок со стороны спирта
и воды 
пока неизвестны, примем сомножитель 
равным единице для обоих потоков.а) Коэффициент теплоотдачи для спирта:
Критерий Прандтля для спирта при 25.9 градусах
(П.Р., 217)Критерий Нуссельта для спирта:
Коэффициент теплоотдачи от спирта к стенке:
Вт/(м2×К)(П.Р., 217)
б) Коэффициент теплоотдачи для воды.
Критерий Прандтля для воды при 30 градусах.
Критерий Нуссельта для воды:
Коэффициент теплоотдачи от стенки к воде:
Вт/(м2×К)Термическое сопротивление стенки и загрязнений (табл. XXXI, П.Р.,531)
Примем коэффициент теплопроводности материала стенки, равным коэффициенту теплопроводности стали, то есть равным 46.5
м2×К/ВтВеличина тепловой проводимости 1860 выбрана из расчета загрязненной воды, так как смесь в трубе представляет собой воду с примесью органической жидкости.
Коэффициент теплопередачи:
Вт/(м2×К)Поверхностная плотность теплового потока:
Вт/м21.3. Определим ориентировочно значения
и 
, исходя из того, что 
,где сумма
Найдем:
(П.Р., 218)Следовательно:
