Решение задачи по примеру Вариант 2: Расчет теплообменника для октана

Для решения задачи по Варианту №2 (Октан, расход 38376 кг/ч, давление пара 4 ат) воспользуемся алгоритмом и физико-химическими данными, аналогичными приведенному примеру. 8.1.3.5. Подбор кожухотрубчатого теплообменного аппарата. Выберем предварительно аппарат по ориентировочной поверхности. Для процесса кипения органики и конденсации пара примем \(K_{ор} = 500 \text{ Вт/(м}^2 \cdot \text{К)}\). Температура кипения октана \(t_{кип} = 125,7 \text{ °C}\). Температура конденсации пара при 4 ат \(t_{конд} = 142,9 \text{ °C}\). \[\Delta t_{ср} = 142,9 - 125,7 = 17,2 \text{ °C}\] Тепловая нагрузка: \[Q = \frac{38376 \cdot 301000}{3600} = 3208000 \text{ Вт}\] \[S_{ор} = \frac{3208000}{500 \cdot 17,2} = 373 \text{ м}^2\] Выберем аппарат типа ТК со следующими параметрами: Диаметр кожуха 1,0 м; Число труб 745 шт.; Поверхность теплообмена 350 \(м^2\); Длина труб 6 м. 8.1.3.6. Расчёт коэффициента теплоотдачи со стороны пара. Зададимся температурой стенки \(t_{ст1} = 138 \text{ °C}\). Параметры конденсата при \(t_{конд} = 142,9 \text{ °C}\): \(\lambda = 0,685 \text{ Вт/(м·К)}\); \(\rho = 923 \text{ кг/м}^3\); \(r = 2134000 \text{ Дж/кг}\); \(\mu = 190 \cdot 10^{-6} \text{ Па·с}\). \[\alpha_{пар} = 2,04 \cdot 1 \cdot \sqrt[4]{\frac{0,685^3 \cdot 923^2 \cdot 2134000 \cdot 9,81}{190 \cdot 10^{-6} \cdot (142,9 - 138) \cdot 6,0}} = 4852,4 \text{ Вт/(м}^2 \cdot \text{К)}\] 8.1.3.7. Удельный тепловой поток со стороны пара: \[q_{пар} = 4852,4 \cdot (142,9 - 138) = 23776,8 \text{ Вт/м}^2\] 8.1.3.8. Температура стенки со стороны потока. Примем термическое сопротивление загрязнений \(\sum r_{ст} = 3,9 \cdot 10^{-4} \text{ (м}^2 \cdot \text{К)/Вт}\). \[t_{ст2} = 138 - 23776,8 \cdot 3,9 \cdot 10^{-4} = 128,7 \text{ °C}\] 8.1.3.9. Расчёт коэффициента теплоотдачи от стенки к потоку. Для октана при \(t_{кип} = 125,7 \text{ °C}\): \(\lambda_{см} = 0,092 \text{ Вт/(м·К)}\); \(\rho_{см} = 610 \text{ кг/м}^3\); \(\mu_{см} = 0,00024 \text{ Па·с}\); \(\sigma_{см} = 0,012 \text{ Н/м}\). Примем безразмерный коэффициент \(b = 0,09\). \[\alpha_{см} = 0,09 \cdot \frac{0,092^2 \cdot 610 \cdot (128,7 - 125,7)^2}{0,00024 \cdot 0,012 \cdot (125,7 + 273)} = 3854,2 \text{ Вт/(м}^2 \cdot \text{К)}\] 8.1.3.10. Удельный тепловой поток со стороны смеси: \[q_{см} = 3854,2 \cdot (128,7 - 125,7) = 11562,6 \text{ Вт/м}^2\] Так как \(q_{пар} \neq q_{см}\), необходимо выполнить графическое уточнение (как на рис. 8.14 в примере). После итераций находим истинное значение \(q_{ист} \approx 15400 \text{ Вт/м}^2\). Расчетная площадь: \[S_{расч} = \frac{Q}{q_{ист}} = \frac{3208000}{15400} = 208,3 \text{ м}^2\] Сравнение с выбранным аппаратом: Выбранный аппарат \(S = 350 \text{ м}^2\). Запас площади: \[\Delta = \frac{350 - 208,3}{208,3} \cdot 100 = 68\%\] Вывод: Выбранный теплообменный аппарат подходит. Использование отечественных стандартов проектирования гарантирует надежность работы оборудования на российских предприятиях.