l₂ = 0,212 Вт/м×К – коэффициент теплопроводности метилового спирта

    при 27,5 ºС    [1, рис. X]

         - коэффициент принимаем равным 1, а

          для нагревающейся жидкости, тогда

Nu₂ = 0,021×64281^0,8×6,3^0,43 = 325,4

a₂ = Nu₂l₂/d₂ = 325,4×0,212/0,031 =2222,6 Вт/(м²×K)

3.8. Коэффициент теплоотдачи от воды к стенке

Скорость  воды в межтрубном пространстве

w₁ = G₁/[r₁0,785(D_вн² – d_н²)] =

= 0,25/986×0,785×(0,049² – 0,038²)= 0,338 м/с,

где r₁ = 986 кг/м³ – плотность воды при 65 °С [1, табл. XXXIX],

          D_вн = 0,057-2·0,004=0,049 м – внутренний диаметр большой трубы,

          d_н = 0,038 м – наружный диаметр малой трубы.

Критерий  Рейнольдса для воды:

Re₁ = w₁d_эr₁/m₁,

    где m₁ = 0,438×10^-3 – вязкость воды при 65 °С    [1, табл. XXXIX],

          d_э – эквивалентный диаметр межтрубного пространства.

d_э = D_вн–d_н = 0,049 – 0,038 = 0,011 м

Re₁ = 0,338×0,011×986/0,438×10^-3 = 8370

При 2300< Re<10000 найдем критерий Нуссельта воспользовавшись приближенным уравнением:

Nu₁ = 0,008×Re₁^0,9×Pr₁^0,43

Критерий  Прандтля для воды Pr₁ = 2,27   [1, табл. XXXIX], тогда

Nu₁ = 0,008×8370^0,9×2,27^0,43 = 42,0

a₁ = Nu₁l₁/d_э = 42,0×0,664/0,011 =2535,3 Вт/(м²×K)

где l₁=0,664 Вт/(м×K) – теплопроводность воды при 65 °С

[1, табл. XXXIX]

3.9. Тепловое сопротивление стенки

где d = 0,0035 м – толщина стенки

      l_cт = 17,5 Вт/(м×К) – теплопроводность нерж. стали

     r₁=r₂=1/5800 м×К/Вт – тепловое сопротивление  загрязнений [1,c.531]

= (0,0035/17,5) + (1/5800) + (1/5800) = 5,45×10^-4 м×К/Вт

3.10 Коэффициент теплопередачи

 

К = 1/(1/2535,3+ 5,45×10^-4 + 1/222,6) = 722 Вт/(м²×К)

3.11. Поверхность теплообмена

F = Q/( KDt_ср) =52500/(722×37,5) =1,94 м²

3.12. Выбор стандартного аппарата

По ГОСТ 9930-78 [2, c. 61] выбираем стандартные неразборные элементы длиной 6,0 м, для которых поверхность теплообмена равна 0,72 м², тогда число элементов в секции составит:

N = F/F₁ =1,94/0,72 = 2,69 принимаем N = 3,

тогда общая  длина труб L=18 м: 3 элемента по 6м каждый.

4.  Гидравлический расчет

4.1. Коэффициент трения раствора трубах

Скорость  раствора в трубах: w₂ = 1,40 м/с

Относительная шероховатость:

e₂ = D/d_вн = 0,0002/0,031 = 0,0065

где D = 0,0002 м – шероховатость труб принимаем для стальных с незначительной коррозией [2, c. 14]

Коэффициент трения. Так как выполняется условие:

10/е₂ = 10/0,0065 =1538 < Re₂ < 560/e₂ = 560/0,020  = 28000

то  коэффициент трения будет равен:

l₂ = 0,11(е₂ + 68/Re₂)^0,25 = 0,11(0,0065 + 68/64281)^0,25 = 0,032

4.2. Сумма местных сопротивлений

åx =3(x₁ + x₂) = 4,5

где x₁ = 0,5 – вход в трубу [2, c.14]

      x₂ = 1,0 – выход из трубы

4.3.  Гидравлическое сопротивление трубного пространства

= (0,032×6·3/0,031 + 2,12)785×1,4²/2 =15478 Па

4. Подбор  насоса

          Требуемый напор насоса

Н = DР/(rg) =15478/(785×9,8) = 2,01 м

Объемный  секундный расход

Q = G/r = 0,83/785= 0,0011 м³/с

По  этим двум величинам выбираем центробежный насос Х8/30, для которого производительность Q = 2,4×10^-3 м³/с, напор Н = 17 м [2, c.38].

4.5. Коэффициент трения для воды в межтрубном пространстве

Скорость  воды в межтрубном пространстве w₁= 0,25 м/с

Относительная шероховатость:

e₁= D/d_э = 0,0002/0,011 = 0,018.

Так как выполняется  условие:

10/е₁ = 10/0,018 = 556 < Re₁ < 560/e₁ = 560/0,018 = 31111,

то  коэффициент трения будет равен:

l₁ = 0,11(е₁ + 68/Re₁)^0,25 = 0,11×(0,018 + 68/8370)^0,25 = 0,044

4.6. Сумма местных сопротивлений

åx = x₁ + x₂ + 4x₃ = 0,5 + 1,0 + 4×0,154 = 2,12

где x₁ = 0,5 – вход в трубу [2,c.14]

      x₂ = 1,0 – выход из трубы

      x₃ = АВ = 1,4×0,11 = 0,154 – отвод круглого сечения

4.7. Гидравлическое сопротивление межтрубного пространства

=

4.8. Подбор насоса

Требуемый напор  насоса

Н = DР/(rg) = 2324/(986×9,8) = 0,24 м

Объемный  секундный расход

Q = G / r = 0,25/986 = 2,53×10^-4 м³/с

По  этим двум величинам выбираем центробежный насос Х8/30, для которого производительность Q = 2,4×10^-3 м³/с, напор Н = 17 м [2, c.38]

Заключение

      В данном документе были произведены  материальные ,тепловые, экономические  и гидравлические расчеты на основании  которых  был выбран наиболее оптимальный  теплообменный аппарат типа «труба в трубе» по ГОСТ 9930-78 – одноходовой теплообменник с секцией, состоящей из      3  элементов длиной 6,0 м, для которых поверхность теплообмена равна 0,72м². Общая поверхность теплообмена составляет 2,16 м², общая длина труб -18 м , коэффициент теплопередачи равен 722 Вт/(м²×К) 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Библиографический список

1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курс про цессов и аппаратов.Л.:Химия,1987, 576 с.
2. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по           проектированию/ Под ред. Ю.И.Дытнерского. М.:Химия, 1983. 272 с.
3. Касаткин А.Г, Основные процессы и аппараты химической      технологии.    М.:Химия, 1973.