Расчет поверхности теплообмена

 

Поверхность теплообмена можно найти из уравнения теплопередачи:

 

 

Где  - коэффициент теплопередачи, Вт/(м2К)

F – поверхность теплообмена, м2

 - средний температурный напор, К или 0С.

Тогда

Определим средний температурный напор:

 

 

Где  - большая и меньшая разность температур.

Принимаем начальную температуру хладагента 500С, а конечную 2000С. Температура смеси постоянна и равна 3800С.

Тогда получим:

 

 

Определим коэффициент теплопередачи:

 

 

Где  - коэффициент теплоотдачи от газа к стенке

 - коэффициент теплоотдачи от стенки к хладагенту

 - сумма термических сопротивлений стенки

 

 

Где  – коэффициент теплопроводности для легированных сталей

 – для органических соединений

В результате получим:

Для определения коэффициента теплоотдачи воспользуемся критериальными уравнениями:

 

 

Где  - критерий Нуссельта

 - коэффициент теплопроводности смеси

 - внутренний диаметр трубы

 

 

Где  - объемная доля компонента.

Найдем число Прандтля:

 

 

Где  - динамический коэффициент вязкости

 - теплоемкость смеси

 

 

Средняя вязкость реакционной массы в реакторе:

Тогда получим:

Найдем критерий Рейнольдса:

 

 

Где  - скорость газов смеси в реакторе

 - эквивалентный диаметр

 - плотность смеси

 

Средняя плотность:

 

 

Где n – число труб

ε – порозность слоя катализатора

Где  - удельная поверхность катализатора,

Тогда критерий Рейнольдса:

, т.е. режим движения смеси ламинарный.

Для ламинарного режима:

В результате коэффициент теплоотдачи:

Коэффициент теплоотдачи :

 

 

 

Критерий Прандтля:

 

 

Критерий Рейнольдса:

 

 

Где – объемный расход хладагента

 – площадь проходного сечения в вырезе перегородки

 - для одноходового теплообменника с числом труб n = 1125.

Объемный расход ТСК:

 

, т.е. режим ламинарный

Тогда коэффициент теплоотдачи:

 

 

Коэффициент теплопередачи:

 

Поверхность теплообмена:

 

В результате выбираем аппарат кожухотрубного типа с поверхностью теплообмена 750 м2, длиной труб 9 м, число труб 1125, диаметром кожуха 1200 мм, объемом трубного пространства 3,51 м3.