Теплообменник типа «труба в трубе» (поз. 12)

Осахаренная масса охлаждается в теплообменнике типа «труба в трубе». По внутренней трубе движется масса по кольцевому сечению, между внутренней и наружной трубами движется вода. Движение массы и воды противоточные. Задачей расчета является определение охлаждающей воды и поверхности охлаждения.

Количество тепла, отводимого от охлаждаемой массы, Вт, определяем по формуле

Q = G_м ·c_м·(t₁ – t₂)/3600, (16)

где G_м – количество массы, кг/ч;

с_м – удельная теплоемкость массы, кДж/кг·град;

t₁ и t₂ – начальная и конечная температура массы, ºС.

Q=16522,2·3,63·(58–30)/3600=466,5 Вт

Расход охлаждающей воды определяем по формуле

W =Q/(t’₂ –t’₁)·c’, (17)

где t’₂ – температура воды, уходящей из теплообменника, ºС; принимается температура на 10-15 ºС ниже температуры массы, поступающей на охлаждение;

t’₁ – температура воды, поступающей на охлаждение, ºС; принимается температура на 5 ºС ниже температуры, с которой масса уходит из теплообменника, температура массы после охлаждения равна температуре “складки”;

с’ – удельная теплоемкость воды; с’= 4,1868 кДж/кг·град;

W=466,5/4,1868(48–25)=4,85 кг/с

Поверхность охлаждения теплообменника, м²,определяем по формуле

F = Q/ к· Δt, (18)

где Q – тепловая нагрузка на теплообменник, Вт;

к – коэффициент теплопередачи, Вт/м²·град;

Δ t – средняя разность температур при противоточном движении массы и охлаждающей воды, ºС.

Δt = (Δt_н – Δt_к)/2,3 lg ,

Δt=(28-23)/2,3lg28/23=5/0,196=25,5 ºС

Коэффициент теплопередачи от массы к воде, Вт/м²·град, определяем по формуле

к = , (19)

где α1– коэффициент теплоотдачи от массы к стенке внутренней трубы, Вт/м² · град;

α2 – коэффициент теплоотдачи от стенки внутренней трубы к охлаждающей воде, Вт/м²·град;

λ – коэффициент теплопроводности материала труб теплообменника (для стали 58), Вт/м²·град;

δ – толщина стенки трубы, м (δ = 0,004м).

Критерий Рейнольдса для массы, протекающей по внутренней трубе, определяем по формуле

Re = w · d /ν, (20)

где d – внутренний диаметр трубы, по которой течет масса, м;

w – скорость течения массы по трубе, м/с;

ν – коэффициент кинематической вязкости массы, м·с/м².

Re =0,081·0,18/0,7· =20828,6

W=4·V_м/3600·1024·2π·d²=4·6931,2/3600·1024·2·3,14·0,081² = 0,18 м/с

Критерий Нуссельта определяем по формуле

Nu= =0,008· =3,16,

где Pr=μ·l/λ=0,7· /2,4=0,001 Вт/м·К,

λ=0,3· =0,3· =2,4 Вт/м·К,

Μ=1/(0,19/М1+0,81/М2)=1/(0,19/342+0,81/18)=21,9

где С_м – теплоемкость массы, равная 3,64 кДж/кг·К;

ρ – плотность, кг/м³,

М – средняя молекулярная масса жидкости,

М1 и М2 – молекулярные массы мальтозы и воды.

= 410,32

Re=w·dэ·ρ/μ=72411,4

dэ= =(0,18² – 0,089²)/0,089=0,275м,

где dн – наружный диаметр внутренней трубы,м;

D – внутренний диаметр наружной трубы, м;

Dэ – эквивалентный диаметр кольцевого сечения трубы теплообменника,м.
Тогда

К= Вт/м²·град

Техническая характеристика теплообменника (при одноступенчатом вакуум-охлаждении) указана в таблице 10.

Таблица 10 – Техническая характеристика теплообменника «труба в трубе»

Поверхность, м2
Диаметр труб, мм	89 х 4; 188 х 4
Количество, шт.