холоджуючої води
G2=Q/c2 (t2k - t2H)=191,503/4,19 (40 - 24)=2,86 кг/с
Середня різниця температур:
? tб=tк - tх=60 - 20=20? С
? tм=tк1- t2к=38- 24=14? С
Так як відношення? tб /? tм=20/14=1,4 lt; 2, то
? tср=(? tб +? tм)/2=(20 + 14)/2=17? С
Середня температура води:
t2ср=0,5 (24+ 40)=32? C.
Середня температура нітробензолу
t1ср=0,5 (60+ 38)=49? С.
3.2 Орієнтовний вибір теплообмінника
Охолоджуюча вода надходить у міжтрубний простір, а нітробензол охолоджуються в трубному просторі. Приймаємо орієнтовне значення критерію Рейнольдса Reор=12000, відповідне розвиненому турбулентному режиму руху рідини, при якому забезпечуються найкращі умови теплообміну. ??
Кількість труб, що припадає на один хід теплообмінника:
n/z=4G1/3,14? Reорdвн? 2,
де dвн - внутрішній діаметр трубок,
? 2=0,246? 10-3 Па? с - в'язкість нітробензолу при 49? С [1 c. 537].
для труб 25? 2 dвн=0,021 м
n/z=4? 6,1/3,14? 12000? 0,021? 0,246? 10-3=126.
Приймаємо також орієнтовне значення коефіцієнта теплопередачі Кор=460-900 Вт/м2? К, тоді орієнтовна поверхню теплообміну для зони конденсації:
ор=Q/Kор? tср=191,503? 103/(460-900)? 17=(12,51-24,48) м2
Тепер доцільно провести уточнений розрахунок наступних варіантів.
До: D=400 мм; dн=20? 2 мм; z=1; n/z=181/1=181;
До: D=600мм; dн=25? 2 мм; z=2; n/z=240/2=120;
До: D=1000мм; dн=20? 2 мм; z=6; n/z=тисяча сорок чотири/6=174;
3.3 Теплообмінник з діаметром кожуха 400 мм і 181трубкамі 20 ? 2
Коефіцієнт тепловіддачі від стінки до нітробензолу:
a 2=Nu2 l 2/dвн,
де l 2=0,635 Вт/м? К - теплопровідність нітробензолу при 32,0? С [1c.537],
Nu2 - критерій Нуссельта для води.
Фактичне значення критерію Рейнольдса:
Re2=G2/[3,14dвн (n/z) m 2]=
, 90? 0,02/0,025? 0,6533? 10-3? =3551.
Режим руху турбулентний в цьому випадку критерій Нуссельта:
Nu2=0,021Re20,8Pr20,42 (Pr2/Prст2) 0,25,
де Рr2=4,3 - критерій Прандтля для води при 32,0 ° С [1c.537].
Приймаємо в першому наближенні відношення (Pr2/Prст2) 0,25=1, тоді
a 2=(0,635/0,02)? 0,24 (3551) 0,6? (4,3) 0,36=1730 Вт/м2? К.
Коефіцієнт тепловіддачі від води до стінки:
m 1=0,246? 10-3 Па? с - в'язкість нітробензолу [1c.516],
l 1=0,148 Вт/(м? К) - теплопровідність [1c.561]
Фізико-хімічні властивості нітробензолу взяті при температурі 60 ° С
Re=4G1/[3,14dвн (n/z) m 1]=
=4? 6,1/3,14? 0,016? 181? 0,246? 10-3=10907,5
a 1=(0,148/0,016)? 0,029? (10907,5) 0,8? (0,24) 0,4=2042 Вт/(м? К).
Тепловий опір стінки:
де dст=0,002 м - товщина стінки трубки;
lст=17,5 Вт/м? К - теплопровідність вуглецевої сталі [1 c.529];=r2=1/2900 м? К/Вт - тепловий опір забруднень стінок [1 c/531];
S (d/l)=0,002/17,5 + 1/2900 + 1/2900=8,4? 10-4 м? К/Вт
Коефіцієнт теплопередачі:
K=1/(1/a 1+ S (d/l) + 1/a 2)=
/(1/2042 + 8,4? 10-4 + 1/1730)=523,56 Вт/м2? К
Поверхня теплообміну:
F=Q/K D tср=191,503? 103/524? 17=21,49м2
Вибираємо теплообмінник з найближчою більшою поверхнею теплообміну: 1 ходової теплообмінник з довжиною труб 2 м, у якого поверхня теплообміну 23м2 [2 c.51].
3.4 Теплообмінник з діаметром кожуха 325 мм і 100 трубками 20 ? 2
Зона конденсації.
Фактичне значення критерію Рейнольдса:
Re2=G2/[0,785dвн (n/z) m 2=
, 1/[0,785? 0,016 (100/1) 0,954? 10-3=10932.
Приймаємо в першому наближенні...
