книги / Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии.-1

Вычислим среднюю разность температур для противотока:

Д1ир = (46 + 30)/2 = 38 °С = 38 к .

Следовательно, средняя разность температур в многоходовом теплообменнике:

Д<ср = ед( Д1пр = 0,9-32 = 28,8°С = 28,8 К.

Пример 4.13. Вычислить коэффициент теплоотдачи для воды, подогреваемой в трубчатом теплообменнике, состоящем из труб диаметром 40x2,5 мм. Вода идет по трубам со скоростью 1 м/с.

=1,85 при / Ст = 95 °С (табл. XXXIX).

По номограмме находим Nu = 300, откуда

\ / ' Пример 4.14. В трубах кожухотрубчатого теплообменника на­ гревается бензол. Внутренний диаметр труб 53 мм, длина труб 3 м, скорость бензола в трубах 0,08 м/с, средняя температура бензола 40 °С, температура поверхности загрязнения стенки, соприкасающейся с бензолом, 70 °С. Определить коэффициент теплоотдачи бензола.

Для выбора расчетной формулы при Re < 10 000 рассчитываем критерии Gr, Рг и Re при средней температуре t = 0,5 (30 + + 50) = 40 °С:

~0,466-10“3

б) Для вертикальных труб при несовпадении свободной и вы­ нужденной конвекции (при движении жидкости сверху вниз при нагревании) [формула (4.28) ):

Nu = 0,037Re°’75Pr0'4 (у,'Уст)0,П = 0.037-19000>75-5,720>4 (0,466/0,42)0' 11 =

= 21,17,

где Уст = 0,42-Ю-3 Па-с — динамический коэффициент вязкости толуола при 50 °С (табл. IX).

Следовательно,

«верт = Nu k/d = 21,17-0,14/0,021 = 141 Вт/(м*-К).

Пример 4.16. Через трубное пространство кожухотрубчатого теплообменника прокачивается рассол хлористого кальция кон­ центрации 24,7% (масс.) при средней температуре /Ср.р = —20 °С со скоростью 0,1 м/с. Внутренний диаметр труб 21 мм, длина труб 3 м. Средняя температура поверхности загрязнения стенки, соприкасающейся с рассолом, /сх = —10 °С.

откуда

Na = 12Pr0’43 (Pr/PrCT)0’25 = 12*49,80»43 (49,8/37,77)°*25 = 69.

Здесь Ргст = 2874-62,69- 1(Г4/0,477 = 37,77 при /ст = —10 °С (табл. LI и LII).

Следовательно,

a = Nu%!â = 69*0,467/0,021 « 1535 Вт/(м2*К).

Пример 4.18. Определить коэффициенты теплоотдачи воздуха для двух случаев: а) однократное поперечное обтекание под углом 90° многорядного пучка шахматно расположенных труб (рис. 4.2); скорость воздуха в наиболее узком сечении 12 м/с; б) движение воздуха через межтрубное пространство (с поперечными перего­ родками) кожухотрубчатого теплообменника; расчетная скорость 12 м/с (рис. 4.4). В обоих случаях наружный диаметр труб 44,5 мм, средняя температура воздуха 200 °С, давление атмосфер­ ное.

Р е ш е н и е , а) Однократное обтекание пучка труб. Критерий Рейнольдса:

Коэффициент теплоотдачи:

a « Nutyd = 115*0,0395/0,0445 = 102 BT/(M*-K),

где Я = 0,0395 Вт/(м*К) — коэффициент теплопроводности воздуха при 200 °С (табл. XXX).

б) Течение воздуха в межтрубном пространстве теплообмен­ ника с поперечными перегородками в кожухе.

Если задана расчетная скорость, то расчет аналогичен преды­ дущему, но в формулы для определения Nu или a вводится коэффициент еф = 0,6 (см. стр. 157):

ефа = 0,6* 102 = 61 Вт/(м2*К).

Пример 4.19. В вертикальном кожухотрубчатом теплообмен­ нике, состоящем из 61 трубы диаметром 32X2,5 мм и высотой 1,25 мм, стекает сверху тонкой пленкой по внутренней поверх­ ности труб 13 м8/ч четыреххлористого углерода. Средняя тем­ пература четыреххлористого углерода 50 °С, температура внут­ ренней поверхности труб 24 °С.

Определить коэффициент теплоотдачи от четыреххлористого углерода к стенке в двух случаях: а) четыреххлористый углерод стекает тонкой пленкой по внутренней поверхности труб; б) че­ тыреххлористый углерод проходит по трубам, заполняя все их. поперечное сечение.

Р е ш е н и е , а) Стенание пленкой. В зависимости от режима течения коэффициент теплоотдачи будем определять по одной из формул (4.41) или (4.42). В обеих формулах значения физико­ химических констант надо брать при температуре пограничного слоя (пленки):

При 37 °С находим по номограмме (рис. XIII) Рг = 6. Тогда

Nu = 0,01 (GaPrRe),/3 = 0,01 (78,6-1012-6-5660)1/3 = 13900,

откуда

апл = NuХ/# = 13900-0,109/1,25= 1210 Вт/(м2-К).

где X = 0,109 Вт/(м2-К)— коэффициент теплопроводности четыреххлористого углерода при 37 °С.

б) Сплошное заполнение труб. Скорость течения четырех­ хлористого углерода:

13

W= 61-0,785-0,0272-3600 = °>103 м/с'

Критерий Рейнольдса:

Re = wdp/ц = 0,103-0,027-1536/(0,65-10“3) = 6570,

Критерий Рейнольдса Re = 6570, следовательно, режим дви­ жения соответствует переходной области.

Из графика (рис. 4.1) для Re = 6,6-103 имеем:

Nu = 22,6Рг0*43 (Рг/Ргст)0’25 =■ 22,6*5,40,43 (5,4/6,6)0’25 = 40.

Здесь Рг = 5,4 — критерий Прандтля для четыреххлористого углерода при 50°С (рис. XIII); Рг = 6,6 — то же при 24 °С (рис. XIII),

Пример 4.21. Определить коэффициент теплоотдачи от кон­ денсирующегося насыщенного пара бензола к наружной поверх­ ности пучка вертикальных труб при атмосферном давлении. Тем­

Физические свойства жидкого бензола при температуре кон­ денсации 80,2 °С: %— 0,13 Вт/(м-К) (рис. X); р = 815 кг/м® (табл. IV); р = 0,316-10-® Па-с (табл. IX); г = 384 кДж/кг (табл. XLV). Значение et принимаем равным 1 — см. пояснение

кформуле (4.50). Следовательно,

УО .^-б^-ЗМ -Ю »

а= 2,04 Г 0,316-10-*-5,2-4 = 1102 Вт/(м2-К),

где 5,2 К = 5,2 °С — разность температуры конденсации и температуры стеики 80,2 — 75).

Пример 4.22. В вертикальных трубах испарителя (куб ректи­ фикационной колонны) кипит толуол с небольшим содержанием бензола при средней температуре П0°С. Температура конденсиру­

Пример 4.23. Метиловый спирт (100 %) нагревается в трубном чпространстве одноходового кожухотрубчатого теплообменника от 15 до 40 °С. Противотоком в межтрубном пространстве течет вода, которая охлаждается от 90 до 40 °С. Теплообменник состоит из 111 стальных труб диаметром 25x2 мм. Скорость метилового спирта в трубах 0,75 м/с.