Расчет коэффициента теплопередачи и выбор аппарата

Рис. 3.2 Общая схема процесса теплопередачи

Где t₁ = t_г.п. = 118,6 °С – температура греющего пара; t₂ = 66,18 °С – средняя температура раствора; q – удельный тепловой поток.

Ι. Первое приближение.

Принимаем в первом приближении . Тогда температура стенки со стороны греющего пара равняется:

Тогда по формуле (3.37) получаем:

При этом удельный тепловой поток от пара к стенке равен:

Сумма термических сопротивлений равна:

где - соответственно термические сопротивления загрязнений со стороны греющего пара, стенки и со стороны раствора.

По (/1/, табл. XXXI, стр. 531) находим:

Для стенки:

где - толщина стенки, - коэффициент теплопроводности стали (/1/, табл. XXVIII, стр. 529).

Поскольку удельный тепловой поток от пара к стенке равен удельному тепловому потоку через стенку , то можно получить:

при этом - температура стенки со стороны раствора равна:

, (3.38)

При температуре удельная теплоемкость, динамический коэффициент вязкости и коэффициент теплопроводности, вычисленные, соответственно, по формулам (3.15), (3.28), (3.34) равны:

;

Подставляя найденные значения в формулу (3.33), получаем значение критерия Прандтля при температуре стенки:

По формуле (3.36) находим в коэффициент теплоотдачи от раствора к стенке:

Тогда удельный тепловой поток от стенки к раствору равняется:

, (3.39)

где - вычисленная ранее средняя температура раствора.

Расхождение между и в первом приближении составляет

ΙΙ. Второе приближение.

Принимаем во втором приближении . Тогда температура стенки со стороны греющего пара равняется:

Тогда по формуле (3.37) получаем:

При этом удельный тепловой поток от пара к стенке равен:

Температуру стенки со стороны раствора рассчитываем по формуле (3.38):

Подставляя найденные значения в формулу (3.33), получаем значение критерия Прандтля при температуре стенки:

По формуле (3.36) находим в коэффициент теплоотдачи от раствора к стенке:

Тогда удельный тепловой поток от стенки к раствору вычисляется по формуле (3.39):

Расхождение между и в первом приближении составляет

Составляем таблицу 3.4, в которую заносим результаты первого и второго приближений, а также проверочный расчет.

Таблица 3.4

Результаты приближений

Приближения и проверочный расчет	Конденсация греющего пара

I	118,6	115,6	3,0	15188,13	45564,38
II	118,6	111,6	7,0	12288,816	86021,71
III	118,6	114,2	4,4	13801,344	60725,91
Приближения и проверочный расчет	Стенка и ее загрязнения	Нагревание раствора

I		94,68	1,997	2944,27	83914,07
II		72,11	2,596	2757,375	16351,123
III		86,32	1,889	2985,264	60123,213

По результатам расчетов первого и второго приближения строим график . Полагая что при малых изменениях температуры, поверхностные плотности и линейно зависят от , графически определяем (рис. 3.3, точка А).

Рис. 3.3 Графическая зависимость

ΙΙΙ. Проверочный расчет

Температура стенки со стороны греющего пара .

Δt = t₁ – t_ст1 = 118,6 – 114,2 = 4,4 °С

Тогда по формуле (3.37) получаем:

При этом удельный тепловой поток от пара к стенке равен:

Температуру стенки со стороны раствора рассчитываем по формуле (3.38):

Подставляя найденные значения в формулу (3.33), получаем значение критерия Прандтля при температуре стенки:

По формуле (3.36) находим в коэффициент теплоотдачи от раствора к стенке:

Тогда удельный тепловой поток от стенки к раствору вычисляется по формуле (3.39):

Расхождение между и в первом приближении составляет

Коэффициент теплопередачи равен:

Поверхность теплообмена:

Поверхностная плотность теплового потока:

Определение температуры внутренней поверхности труб :

; (3.40)

Определение температуры наружной поверхности труб:

; (3.41)

Средняя температура стенок труб:

Средняя разность:

Величина меньше 30 К (/1/, табл.ХХХV, стр. 534), поэтому (/1/, стр. 213) принимаем кожухотрубчатый горизонтальный теплообменник с неподвижными трубными решетками типа ТНГ.