Задача №2. Определить поверхность теплообмена (F) одноходового кожухотрубного теплообменника

Определить поверхность теплообмена (F) одноходового кожухотрубного теплообменника, количество трубок и их длину для нагревания 10%-ного этилового спирта при массовом расходе его G = 7 т/ч от t_н = 18ºC до t_к = 40ºC, протекающей в межтрубном пространстве и имеющей начальную температуру t^’_н =80ºC. Скорость 10%-ного раствора этилового спирта можно принять равной ω = 0,5 м/с, диаметр нагревательных трубок d=25x2,5 мм, коэффициент теплоотдачи от горячей воды к стенке трубок – α₁= 800 Вт/м²К, термическое сопротивление загрязнений с обеих сторон стенки r = 0,00067 м²К/Вт.

Кроме того, необходимо изобразить:

1) график изменения температур теплоносителей (воды и раствора этилового спирта), приняв противоточное направление теплоносителей.

2) схему кожухотрубного теплообменника.

Дано: 1) График изменения температур теплоносителей

G = 7 т/ч (воды и раствора этилового спирта)

t_н = 18ºC

t_к = 40ºC

t^’_н =80ºC

t^’_к =31ºC

ω = 0,5 м/с

d=25 2,5 мм

α₁= 800 Вт/м²К 2) Схема кожухотрубного теплообменника

r = 0,00067 м²К/Вт

F –?

n –?

l -?

Решение:

1. Определяем количество нагревательных трубок:

, где

f – площадь поперечного сечения одной трубки, м²;

ρ – плотность 10%-ного раствора спирта

а) из приложения 2 находим плотность 10%-ного раствора спирта по средней температуре:

плотность 10%-ного раствора этилового спирта равна 975 кг/м³

б) f = 0,785d²_вн – площадь поперечного сечения трубки, м².

2. Определяем количество теплоты, переданной от горячей воды к раствору этилового спирта:

С – теплоемкость спирта из приложения 2 при средней температуре

С = 4283 Дж/кг К

3. Найдем критерий Рейнольдса для водно-спиртового потока:

- из приложения 2

4. Найдем критерий Прандтля:

λ – коэффициент теплопроводности раствора спирта

из приложения 2 = 0,58 Вт/м К

5. Найдем коэффициент теплоотдачи;

Критериальное уравнение для расчета Nu при турбулентном режиме движения водно-спиртового потока имеет вид:

6. Найдем коэффициент теплопередачи:

λ_ст = 46,5 Вт/м К

δ – толщина нагревательной трубки

7. Определим среднюю разность температур:

т. к. , то

8. Найдем поверхность теплообмена:

9. Найдем длину обогревательных трубок:

Ответ: F = 18,62 м²; n = 13 шт; l = 22,81м².

Дата добавления: 2015-07-11