(П.Р., 217)
Критерий Нуссельта для спирта:
Коэффициент теплоотдачи от спирта к стенке:
Вт/(м2×К)
(П.Р., 217)
б) Коэффициент теплоотдачи для воды.
Критерий Прандтля для воды при 30 градусах.
Критерий Нуссельта для воды:
Коэффициент теплоотдачи от стенки к воде:
Вт/(м2×К)
Термическое сопротивление стенки и загрязнений (табл. XXXI, П.Р.,531)
Примем коэффициент теплопроводности материала стенки, равным коэффициенту теплопроводности стали, то есть равным 46.5
м2×К/Вт
Величина тепловой проводимости 1860 выбрана из расчета загрязненной воды, так как смесь в трубе представляет собой воду с примесью органической жидкости.
Коэффициент теплопередачи:
Вт/(м2×К)
Поверхностная плотность теплового потока:
Вт/м2
1.3. Определим ориентировочно значения 
и 
, исходя из того, что
,
где сумма
Найдем:
(П.Р., 218)
Следовательно:
Введем поправку в коэффициенты теплоотдачи:
Критерий Прандтля для спирта при 
Критерий Прандтля для воды при 
Уточненный коэффициент теплоотдачи для спирта:
Уточненный коэффициент теплоотдачи для воды:
Исправленные значения 
:
Вт/(м2×К)
Вт/м2
Расчетная площадь поверхности теплопередачи:
м2
С запасом 10%: 
м2
Поверхность теплообмена одного элемента длиной 6 м.:
м2
Число элементов в каждой из двух секций (ветвей):
шт.
Общее число элементов:
шт.
Вариант 2. Кожухотрубчатый холодильник диаметром 159 мм с трубами 25х2 мм (ГОСТ 15120-79)
|
|
Скорость и критерий Рейнольдса для спирта:
м/с
Скорость и критерий Рейнольдса для воды:
м/с
где 0.9×10-2 - проходное сечение межтрубного пространства между перегородками по ГОСТ 15120-79.
где 0.025 – наружный диаметр труб, определяющий линейный размер при поперечном обтекании.
Вариант 2 Кожухотрубчатый холодильник диаметром 159 мм с трубками 25х2 мм (ГОСТ 15120-79)
Скорость и критерий Рейнольдса для спирта:
м/с
Скорость и критерий Рейнольдса для воды:
м/с
где 
- проходное сечение межтрубного пространства между перегородками по ГОСТ 15120-79.
Для потока в трубах при Re1 < 10000 значение tcт.1. влияет на выбор расчетной формулы через произведение GrPr. Зададимся значениями температур стенки, исходя из того, что
Примем исходя из предыдущего расчета (теплообменник "труба в трубе")
а) коэффициент теплоотдачи для воды (Re2 = 8671.6)
При поперечном омывании потоком трубного пучка при Re > 1000 рекомендуется соотношение
Примем 
= 0.6 (157, П.Р.). Критерий Прандтля для спирта:
Тогда
Вт/(м2×К)
б) Коэффициент теплоотдачи для спирта (Re1 = 6873)
Для выбора расчетной формулы определим произведение (PrGr) при определяющей температуре – средней температуре пограничного слоя. (П.Р., 154)
С
Физические свойства спирта при температуре 27.5С:
кг/м3 (т. 1-101, Перри, 51)
Па×с
Дж/(кг×К) (р. XI, П.Р., 562)
Для определения Nu2 при данном соотношении и Re > 3500 воспользуемся табл. 4.4 (П.Р.,155)
|
|
В данных пределах критерий Нуссельта по формуле 4.28 (П.Р., 155)
,
где n = 0.11 при нагревании, n=0.25 при охлаждении. В нашем случае n=0.25.
динамический коэффицент вязкости смеси при температуре стенки.
В нашем случае можно принять равным динамическому коэффициенту вязкости при температуре смеси.
Вт/(м2×К)
Коэффициент теплопередачи:
Вт/(м2×К)
Поверхностная плотность теплового потока:
Вт/м2
Уточним значения
Окончательно 
и 
Расчетная площадь поверхности теплопередачи:
м2.
С запасом 10% 
м2
Принимаем к установке аппараты длиной 3 м (ГОСТ 15120-79 (П.Р.,215).
Площадь поверхности теплообмена одного аппарата по среднему диаметру труб:
м2
Необходимое число аппаратов:
Примем N = 9. Запас поверхности при этом составляет:
%
Таким образом видно, что первый вариант теплообменника ("труба в трубе") имеет меньшую металлоемкость и большее число Рейнольдса по сравнению с кожухотрубчатым теплообменником.
Проведем расчет экономических параметров теплообменника "труба в трубе".
Табл. 1. "Технические характеристики теплообменника"
| Показатели | Трубное пространство | Межтрубное пространство | ||
| Среда | Наименование | Метанол | Вода | |
| Токсичность | Токсична | Нетоксична | ||
| Взрывоопасность | Невзрывоопасна | Невзрывоопасна | ||
| Агрессивность | Агрессивна | Неагрессивна | ||
| Температура | 93.5 (на входе) | 40 (на выходе) | ||
| Рабочее давление, МПа | ||||
| Емкость аппарата, м3 | ||||
| Поверхность теплообмена, м2 | 2.81 | |||
|
|
Материал деталей аппарата, соприкасающихся с метанолом – сталь Х18Н9Т ГОСТ 5632-72, остальных ст. 3 ГОСТ 380-71.
Материал герметизирующих прокладок – картон асбестовый ГОСТ 2850-58.
Материал прокладок в резьбовых соединениях – алюминий марок А95, А85, А8, А7, А6, А5, А0, А (ГОСТ 11069-64).
Число элементов в каждой из двух секций (ветвей):
шт.
Общее число элементов:
шт.
Таким образом, затраты на элементы теплообменника из расчета 100 руб. за элемент составят 1100 рублей. Масса аппарата "труба в трубе" – 2200 кг.