Учебно-методический комплекс по предмету обсуждена на заседании кафедры «Химическая технология»

Технологический расчёт

1. 
   Определение тепловой нагрузки:
   

=6,7∙1800(70-30)=482400Вт.

2. 
   Расход воды определяем из уравнения теплового баланса:
   

=

3. 
   Определение средней разности температур при противоточном движении теплоносителей по схеме:
   

70 30
35 15

^{35 15}

Ввиду того, что 2,3 определим


°С

4. 
   Определение режима движения теплоносителя в трубах.
   

В соответствии с условием задания для расчёта холодильника бензол целесообразно направить в трубное пространство, а охлаждающую воду – в межтрубное.
Определяем по формуле , какое число труб диаметром 25 2мм потребуется на один ход в трубном пространстве при турбулентном режиме движения. Принимаем ориентировочное значение Re_op=15000. Тогда


6,7/(0,785∙0,605∙10^-3∙1500∙0,021)=45

Принимаем одноходовой кожухотрубный теплообменник со следующей характеристикой: диаметр кожуха – 325мм, число труб – 62.

Уточняем значение критерия Рейнольдса:


=6,7/(0,785∙0,605∙10^-3∙62∙0,021)=10835

Следовательно, режим движения бензола – турбулентный.

5. Определение коеффициента теплоотдачи для бензола выполняется по формуле
Критерий Прандтля для бензола при 50^°C равен

Тогда

6. 
   Определение коеффициента теплоотдачи от стенки к охлаждающей воде.
   

Критерий Прандтля для воды при 25^°C равен 6,22
Определяем скорость движения воды в межтрубном пространстве:

Для определения критерия Рейнольдса находим значение d_э:

Критерий Рейнольдса:

Следовательно, режим движения – переходной.

Для достижения турбулентного режима движения воды в межтрубном пространстве теплообменника необходимо увеличить скорость движения воды, для чего нужно установить перегородки.

Коэффициент теплоотдачи определяем по формуле

Nu=1,72(0.0356∙1000)^0.6∙6,22^0.33 = 106.8

Тогда


=106.8∙0.6085/0.0356=1825,5 Вт/(м²∙К).

Термическое сопротивление загрязнений:

- со стороны бензола r _З1=1/5560 м²∙К/Вт
- со стороны воды r _З2=1/2500 м²∙К/Вт
Трубы теплообменника выполнены из нержавеющей стали, коэффициент теплопроводности которой равен λ_ст=17,5 Вт/(м∙К).
Коэффициент теплопередачи:

При наличии перегородок в межтрубном пространстве устанавливается многократный перекрёстный ток движения теплоносителей.

Для определения коэффициента необходимо определить коэффициенты P и R по формулам:


=0,36 =2

При этих значениях P и R коэффициент равен 0,98;

Таким образом, средний температурный напор равен:


=0,98∙23,6=23,128⁰C

Требуемая площадь поверхности теплопередачи определяется по формуле:

=
Принимаем к установке 4 одноходовых кожухотрубчатых теплообменников типа ТН со следующими характеристиками:

Площадь поверхности теплообмена (F) 19,5 м²;

Диаметр корпуса (D) 325 мм;
Длина труб (L) 4 м;
Число труб (n) 62;
Число сегментных перегородок (h) 18;
Диаметр труб (d) 25×2 мм;
Число труб по диагонали шестиугольника (n_p) 9.

Схема соединений теплообменников – последовательная.

Запас площади поверхности теплообмена:

100(19,5∙4-62,6)/62,6=24,6%.

Число ходов в межтрубном пространстве:

Z=18+1=19,

Площадь сечения одного хода межтрубного пространства:

F=(4/19)∙(0.325-9∙0.025)=0.021 м².

Уточняем скорость движения воды в межтрубном пространстве:

Критерий Рейнольдса:

Критерий Нуссельта:

Коэффициент теплоотдачи:

Коэффициент теплопередачи:

Площадь поверхности теплообмена:

Таким образом, уточнённый расчёт поверхности теплообмена согласуется с ранее выполненным.

Запас площади поверхности теплообмена:

100(19,5∙4-62,1)/62,1=25,6%