Решение задачи: Испарение октана (Вариант 2)

Задание 3. Вариант 2 Дано: Среда А: Октан Расход среды \( G_A = 38376 \) кг/ч \( = 10,66 \) кг/с Давление греющего пара \( p = 4 \) ат \( \approx 0,392 \) МПа Потери тепла \( \eta = 3\% = 0,03 \) Давление среды А: атмосферное (\( 0,1 \) МПа) Решение: 1. Физические свойства веществ (по справочным данным): Для октана при \( P = 1 \) атм: Температура кипения \( t_{кип} = 125,7 \text{ } ^\circ\text{C} \) Удельная теплота испарения \( r_A = 301 \) кДж/кг Для греющего водяного пара при \( p = 4 \) ат: Температура насыщения \( t_{нас} = 142,9 \text{ } ^\circ\text{C} \) Удельная теплота конденсации \( r_{пара} = 2134 \) кДж/кг 2. Определение тепловой нагрузки (полезной теплоты): Теплота, необходимая для испарения октана: \[ Q_{пол} = G_A \cdot r_A \] \[ Q_{пол} = 10,66 \cdot 301 = 3208,66 \text{ кВт} \] 3. Полный тепловой поток с учетом потерь: \[ Q_{общ} = Q_{пол} \cdot (1 + \eta) \] \[ Q_{общ} = 3208,66 \cdot 1,03 = 3304,92 \text{ кВт} \] 4. Расход греющего пара: \[ G_{пара} = \frac{Q_{общ}}{r_{пара}} \] \[ G_{пара} = \frac{3304,92}{2134} = 1,549 \text{ кг/с} \approx 5576 \text{ кг/ч} \] 5. Определение средней разности температур: Так как происходит фазовый переход (конденсация пара и кипение октана) при постоянных температурах: \[ \Delta t_{ср} = t_{нас} - t_{кип} \] \[ \Delta t_{ср} = 142,9 - 125,7 = 17,2 \text{ } ^\circ\text{C} \] 6. Ориентировочный выбор коэффициента теплопередачи: Для процесса "конденсация водяного пара — кипение органической жидкости" принимаем среднее значение \( K = 600 \text{ Вт/(м}^2 \cdot \text{К)} \). 7. Расчет требуемой площади поверхности теплообмена: \[ F_{расч} = \frac{Q_{общ} \cdot 1000}{K \cdot \Delta t_{ср}} \] \[ F_{расч} = \frac{3304,92 \cdot 1000}{600 \cdot 17,2} = 320,2 \text{ м}^2 \] 8. Подбор аппарата по ГОСТ 15122-79: Выбираем стандартный кожухотрубчатый теплообменник (испаритель) с ближайшей большей поверхностью теплообмена. Подходящий вариант: Теплообменник с диаметром кожуха \( D = 1000 \) мм, поверхностью \( F = 345 \text{ м}^2 \), длиной трубок \( L = 6 \) м. Ответ: Для испарения октана в заданном количестве необходим теплообменник с площадью поверхности не менее \( 320,2 \text{ м}^2 \). Рекомендуется аппарат с \( F = 345 \text{ м}^2 \).