і газів пристінний шар практично не впливає на теплообмін, тому Pr 1/Pr Cт1=1.
Критерій Прандтля для водяної пари розраховується за формулою:
Pr 1=С 1 *? 1 /? 1,
де? 1 - коефіцієнт теплопровідності водяної пари при Т 1=170,4 0 С, Вт/м * К визначається за таблицею XXX [1], с.530;
? 1 - динамічна в'язкість водяної пари при Т 1=170,4 0 С, Па * с [1] рис. VI, с.557;
З 1 - теплоємність водяної пари при Т 1=170,4 0 С, Дж/кг * К [2] c.774 таблиця 8.
? 1=0,0326 Вт/м * К.
? 1=14,7 * 10 - 6 Па * с.
З 1=2158,9 Дж/кг * К
Pr 1=С 1 *? 1 /? 1=2158,9 * 14,7 * 10 - 6/0,0326=0,974
Тоді критерій Нуссельта для водяної пари:
Nu 1=0,4 *? ? * Re 1 0,6 * Pr 1 0,36=0,4 * 0,67 * 8886 0,6 * 0,974 0,36=62,1
Тоді коефіцієнт тепловіддачі від водяної пари до стінки:
? 1=Nu 1 *? 1/d 1=62,1 * 0,0326/2,5 * 10 - 2=80,98 Вт/м 2 * К.
Коефіцієнт теплопередачі знаходиться за формулою:
К =,
де? Rст - сумарний опір стінки разом з відкладеннями, м2 * К/Вт
, м/Вт
де rз1 - опір забруднень з боку водяної пари, Вт/м2 * К, таблиця XXXI [1], с.531;
rз2 - опір забруднень з боку суміші, Вт/м2 * К таблиця XXXI [1], с.531;
?- Товщина стінки труби, м;
? ст - коефіцієнт теплопровідності матеріалу стінки, Вт/м * К таблиця XXVIII [1], с.529.
Приймемо rз1=+5800 Вт/м2 * К для водяної пари; rз2=+5800 Вт/м2 * К для органічних рідин; ? ст=46,5 Вт/м * К для сталі, тоді
м/Вт
Тоді коефіцієнт теплопередачі:
К== 1/(1/80,98 + + 1/200,9)=56,4 Вт/м2 * К
Тоді щільність теплового потоку через стінку:
=К *? tср=56,4 * 120,4=6792,2 Вт/м2.
Визначимо t стінки 2:
? t1=q /? 1=6792,2/80,98=83,9 0С.
? tст=q *? Rст=6792,2 * 0,000388=2,6 0С.
? t2=q /? 2=6792,2/200,9=33,8 0С.
Перевіримо
? tср =? t1 +? tст +? t2=83,9 + 2,6 + 33,8=120,3 0С.
Тоді температура стінки 2:
t Cт2 =? t 2 + t 2=33,8 + 50=83,8 0 С.
Так як температура стінки 2 відрізняється від прийнятої раніше більш ніж на 10%, приймемо температуру стінки 2среднюю між прийнятої раніше і отриманої при розрахунках. Перерахуємо критерій Нуссельта для суміші, коефіцієнт тепловіддачі від стінки до суміші і коефіцієнт теплопередачі.
0 С.
? Cт2 - в'язкість суміші при t ст2=76,9 0 С, Па * с, [1], рис. V, с.556
Nu2=0,8 * (Pe * (d/l) 0,4 * (GrPr) 0,1 * (? 2 /? Cт2) 0,14=0,8 * 102,9 0,4 * 447070540,1 * (4,65 * 10-4/3,32 * 10-4) 0,14=33,96
Тоді коефіцієнт тепловіддачі від стінки до суміші:
? 2=Nu2 *? 2/d2=33,96 * 0,1375/0,021=222,4 Вт/м2 * К.
Тоді коефіцієнт теплопередачі:
К== 1/(1/80,98 + + 1/222,4)=56,4 Вт/м2 * К
Тоді щільність теплового потоку через стінку:
q=К *? t ср=56,4 * 120,4=6792,2 Вт/м 2.
Тоді площа поверхні теплопередачі:
F=Q 1/q=311274,2/6792,2=45,8 м 2.
Площа одного теплообмінника з діаметром кожуха 400 мм і довжиною труб l=4 м:
F 1 =? * d ср * n * l тр=3,14 * 0,023 * 111 * 4=32,1 м 2.
Тоді запас поверхні теплообмінника складе:
(F 1 - F)/F=(32,1 - 45,8)/45,8=- 0,3.
Якщо приймаємо 2 теплообмінника, то:
(2F 1 - F)/F=(2 * 32,1 - 45,8)/45,8=0,399.
Приймаються до установки 3 теплообмінника ТН (ГОСТ 15122-79) з діаметром кожуха D=400мм, числом труб n=111, довгою труб lтр=4 м, площею теплопередачі F=35 м і з запасом поверхні 0,399, причому третій -резервний теплообмінник.
5. Розрахунок гідравлічного опору трубопроводу і вибір відцентрового насоса для подачі суміші бензолу і толуолу
.1 Розрахунок гідравлічного опору трубопроводу
Рисунок 9 - Схема установки для нагріву суміші водяною парою:
- резервуар для зберігання суміші;
- відцентровий насос для подачі суміші;
- теплообмінники;
- колона ректифікації;
...
