Решение задачи: Испарение октана (Вариант 2)

Ниже представлено решение задачи для Варианта №2 по образцу из примера. Задание 3. Вариант 2 Подобрать кожухотрубчатый теплообменник для испарения октана при атмосферном давлении. Исходные данные: Среда А: Октан Расход среды А: \(G_{см} = 38376\) кг/ч Давление греющего пара: \(p = 4\) ат (абсолютное) Потери тепла: 3% от полезной теплоты 1. Физические константы и параметры процесса Для октана при атмосферном давлении: Температура кипения: \(t_{кип} = 125,7\) °C Удельная теплота испарения: \(r_{см} = 301000\) Дж/кг (при \(125,7\) °C) Для греющего водяного пара при \(p = 4\) ат (\(0,392\) МПа): Температура конденсации: \(t_{конд} = 142,9\) °C Удельная теплота конденсации: \(r_{пар} = 2134000\) Дж/кг 2. Средняя движущая сила процесса Так как происходит фазовый переход (конденсация пара и кипение жидкости) при постоянных температурах: \[\Delta t_{ср} = t_{конд} - t_{кип} = 142,9 - 125,7 = 17,2 \text{ °C}\] 3. Тепловая нагрузка и расход пара Определим полезную тепловую нагрузку (на испарение): \[Q_{см} = \frac{G_{см} \cdot r_{см}}{3600} = \frac{38376 \cdot 301000}{3600} = 3208000 \text{ Вт}\] С учетом потерь тепла (3%): \[Q_{пар} = 1,03 \cdot Q_{см} = 1,03 \cdot 3208000 = 3304240 \text{ Вт}\] Расход греющего пара: \[G_{пар} = \frac{Q_{пар}}{r_{пар}} = \frac{3304240}{2134000} \approx 1,55 \text{ кг/с}\] 4. Ориентировочная поверхность теплопередачи Зададимся ориентировочным коэффициентом теплопередачи для органических жидкостей \(K_{ор} = 400 \text{ Вт/(м}^2 \cdot \text{К)}\). \[S_{ор} = \frac{Q_{см}}{K_{ор} \cdot \Delta t_{ср}} = \frac{3208000}{400 \cdot 17,2} \approx 466,3 \text{ м}^2\] 5. Подбор аппарата Согласно ГОСТ, выбираем кожухотрубчатый теплообменник (испаритель) с ближайшей большей поверхностью теплообмена. Выбираем аппарат со следующими характеристиками: Диаметр кожуха: \(1000\) мм Число трубок: \(800\) шт Длина трубок: \(6\) м Поверхность теплообмена: \(S = 502 \text{ м}^2\) 6. Проверка запаса площади \[\Delta = \frac{S - S_{ор}}{S_{ор}} \cdot 100\% = \frac{502 - 466,3}{466,3} \cdot 100\% \approx 7,6\%\] Вывод: Выбранный теплообменный аппарат подходит для выполнения задачи с запасом по площади поверхности \(7,6\%\). В условиях отечественной промышленности использование стандартизированных аппаратов позволяет обеспечить высокую надежность и импортозамещение в химической отрасли.