хідної поверхні теплопередачі, вибір типу апарату і нормалізованого варіанти конструкції, що задовольняє заданим технологічним умовам оптимальним чином [2].
Позначимо гарячий теплоносій - водяна пара індексом 1 raquo ;, холодний теплоносій - індексом 2 .
. 2.1 Визначення середньої температури і температури на кінцях теплообмінника
Зміна температур теплоносіїв зафіксуємо у вигляді таблиці:
Таблиця 1.1 - Початкові і кінцеві температури теплоносіїв
Теплоносітельt н t до Бінарна смесь2056Водяной пар167167
де t н - початкова температура до - кінцева температура
На основі даних таблиці 1 складемо схему:
Малюнок 1.3 - Зміна температури теплоносіїв
Агрегатний стан не змінюється, отже, можна визначити середню температуру:
t=єC
Визначимо температуру на кінцях теплообмінника:
=167- 20=147 єC
=167- 56=111єC
Середня різниця температур визначається за формулою:
=
з якої є виняток: при? tб /? tм lt; 2 середню різницю температур можна знаходити за формулою:
? tср=(? tб +? tм)/2.
Скористаємося цим винятком, тому ? t б /? t м=147/111=1,32.
Середня різниця температур? t ср=(? t б +? t м)/2=(147 + 111)/2=129 0 С.
1.2.2 Визначення кількості теплоти і теплового навантаження для нагріву бінарної суміші
Визначимо кількість теплоти, необхідної для нагріву бінарної суміші.
Переведемо витрата з т/год в кг/с:
G=18000кг/ч=18000/3600=5 кг/с
Як вже було обумовлено, агрегатний стан не змінюється, отже, розрахуємо теплове навантаження Q за такою формулою:
=G2 * C2 * () * 1,05,
де С - теплоємність бінарної суміші, кДж/кг * К. [3], рис. XI, c.562;
, 05 - коефіцієнт, що враховує 5% втрати тепла в процесі.
С=0,45 * 2240 + 0,55 * 2554,1=2415,755 Дж/(кг * K).
Теплове навантаження складе:
=5 * 2412,755 * (56-20) * 1,05=456010,7 Вт
1.2.3 Визначення витрати водяної пари і об'ємної витрати бінарної суміші
Визначимо витрата водяної пари:
де - ентальпія водяної пари, кДж/кг;
- ентальпія конденсата, кДж/кг.
=2765800 Дж/кг
=709300 Дж/кг
Тоді витрата водяної пари:
1=456010,7/(2765800-709300)=0,22174 кг/с
Знайдемо об'ємна витрата суміші:
де? 2 - щільність бінарної суміші при t 2=38 0 С, кг/м 3. [1], таблиця IV, с.512.
? 2 (суміш)=0,45 * 770,3 + 0,55 * 775,8=773,325 кг/м 3
Об'ємний витрата складе:
2=G 2 /? 2=5/773,325=0,0064656 м 3/с.
1.2.4 Визначення орієнтовної площі
Приймемо, що водяна пара рухаються в міжтрубному просторі, а бінарна суміш по трубах. Такий рух теплоносіїв переважно з двох причин:
. Водяна пара, конденсуючись в міжтрубному просторі, створює менший опір ніж в трубному.
. При омивання гарячим теплоносієм трубного пучка, по якому рухається холодний теплоносій, коефіцієнт теплопередачі вище.
Намітимо можливі варіанти теплообмінних апаратів. Для цього необхідно визначити орієнтовну площу F ор теплообмінника, яку визначають з основного рівняння теплопередачі, а також розрахуємо площа перерізу трубного простору S 2.
Основне рівняння теплопередачі:
де К ор - орієнтовне значення коефіцієнта теплопередачі, Вт/м 2 * К. [3], таблиця 4.8, с.172.
Для вимушеного руху при передачі тепла від пара до рідини приймемо, що:
До ор=230 Вт/(К * м 2)
Тоді:
F== 456010,7/(230 * 129)=15,74 м2.
1.2.5 Розрахунок швидкості і перетину в трубному просторі
Спробуємо підібрати теплообмінник, щоб в трубному просторі було турбулентний плин. Re.
У такому випадку швидкість в трубному просторі повинна бути:
де? 2 - динамічний коефіцієнт в'язкості бінарної суміші, Па * с [1], таблиця IX, с.516
? 2 (ацетон)=2,68 * 10-4 Па * с
? 2 (метанол)=4,5 * 10-4 Па * с
...
