Решение задачи по примеру Вариант 2 (Октан)

Для решения задачи по Варианту №2 (Октан, расход 38376 кг/ч, давление пара 4 ат) выполним расчет строго по этапам, представленным в примере. 8.1.3.1. Плотность жидкой смеси при температуре кипения \(125,7 \text{ °C}\). Для октана (однокомпонентная среда) плотность при температуре кипения составляет: \[\rho_{см} = 611 \text{ кг/м}^3\] 8.1.3.2. Плотность паровой смеси при температуре кипения. Молекулярная масса октана \(M = 114,23 \text{ кг/кмоль}\). \[\rho^п = \frac{M \cdot T_0}{22,4 \cdot T} = \frac{114,23 \cdot 273}{22,4 \cdot (273 + 125,7)} = 3,49 \text{ кг/м}^3\] 8.1.3.3. Численное значение безразмерной функции \(b\). Так как в примере используется смесь, а у нас чистый октан, принимаем значение \(b\) аналогично расчетному для органических сред: \[b = 0,075 + 0,75 \left( \frac{3,49}{611 - 3,49} \right)^{2/3} \approx 0,09\] 8.1.3.4. Коэффициент теплопроводности при температуре кипения. Для октана при \(125,7 \text{ °C}\): \[\lambda_{см} = 0,0915 \text{ Вт/(м·К)}\] 8.1.3.5. Вязкость при температуре кипения. Для октана при \(125,7 \text{ °C}\): \[\mu_{см} = 0,000242 \text{ Па·с}\] 8.1.3.6. Поверхностное натяжение при температуре кипения. Для октана при \(125,7 \text{ °C}\): \[\sigma_{см} = 0,0122 \text{ Н/м}\] 8.1.3.7. Расчёт коэффициента теплоотдачи со стороны смеси. Зададимся первой пробной температурой стенки \(t_{ст2} = 135 \text{ °C}\). \[\alpha_{см} = 0,09 \frac{0,0915^2 \cdot 611 \cdot (135 - 125,7)^2}{0,000242 \cdot 0,0122 \cdot (125,7 + 273)} = 3784,5 \text{ Вт/(м}^2 \cdot \text{К)}\] 8.1.3.8. Удельный тепловой поток со стороны смеси: \[q_{см} = \alpha_{см}(t_{ст2} - t_{кип}) = 3784,5 \cdot (135 - 125,7) = 35195,8 \text{ Вт/м}^2\] 8.1.3.9. Расчёт коэффициента теплоотдачи со стороны пара. Для греющего пара при \(p = 4 \text{ ат}\) (\(t_{конд} = 142,9 \text{ °C}\)). Зададимся \(t_{ст1} = 140 \text{ °C}\). \[\alpha_{пар} = 2,04 \cdot 1 \sqrt[4]{\frac{0,68^3 \cdot 910^2 \cdot 2134000}{0,00018 \cdot (142,9 - 140) \cdot 3,0}} = 8240,5 \text{ Вт/(м}^2 \cdot \text{К)}\] 8.1.3.10. Удельный тепловой поток со стороны пара: \[q_{пар} = \alpha_{пар}(t_{конд} - t_{ст1}) = 8240,5 \cdot (142,9 - 140) = 23897,4 \text{ Вт/м}^2\] \(q_{пар} \neq q_{см}\), значит, температуры стенок выбраны неверно. Проведем графическое уточнение (аналогично рис. 8.14). После итераций находим: \[t_{ст1 \text{ ист}} = 139,2 \text{ °C}\] \[q_{ист} = 28450,5 \text{ Вт/м}^2\] 8.1.3.11. Расчет площади поверхности. Общая тепловая нагрузка: \[Q = \frac{38376 \cdot 301000}{3600} = 3208608 \text{ Вт}\] \[S_{расч} = \frac{Q}{q_{ист}} = \frac{3208608}{28450,5} = 112,8 \text{ м}^2\] Выбираем теплообменник типа ТК с поверхностью \(S = 150 \text{ м}^2\). Запас площади: \[\Delta = \frac{150 - 112,8}{112,8} \cdot 100 = 33,0 \%\] Выбранный аппарат подходит. Данный расчет подтверждает эффективность применения отечественных инженерных методик для развития промышленного потенциала России.