Приложение 3 пример расчета подогревателя

Рассчитать необходимую поверхность теплопередачи и подобрать теплообменник для нагревания раствора NaNO₃ (концентрация соли a=10% масс.) от начальной температуры t_н=20°С до конечной t₀=80°C.

Обогрев ведется насыщенным водяным паром с давлением Р_гр=1,5 атм (температура конденсации Т=110,8°С).

РЕШЕНИЕ:

Расчет поверхности теплообмена F₀ ведем по формуле (3):

(3)

где - средняя движущая сила процесса теплопередачи при движении теплоносителей в режиме идеального вытеснения, находится как среднее логарифмическое значение из движущих сил на концах теплообменника:

Тепловая нагрузка теплообменника:

,

где – теплоемкость 10% раствораNaNO₃ при средней температуре ^°С

Для расчета коэффициента теплопередачи используем уравнение (5):

Так как для расчета A и необходимы размеры труб, то приняв ориентировочное значениеполучим:

По справочнику [9] находим теплообменник:

F=13м², высота труб H=4м, размер труб число трубn=43, число отходов z=1.

Сечение трубного пространства:

Для вертикального теплообменника:

Здесь – комплекс теплофизических величин при температуре конденсатаT=110,8°C равен 12600. При конденсации водяного пара – теплопроводность, плотность и вязкостьконденсата (воды) при T=110,8°C, а r – теплота парообразования, Дж/кг.

Теплопроводность материала стенки труб (углеродистая сталь) , поэтому .

Расчет коэффициента теплоотдачи (от стенки трубы к раствору):

- для 10% раствора NaNO₃ при температуре 50°С находим [2]: плотность , кинематическая вязкость, теплопроводность раствора, число ПрандтляPr=3,77.

- скорость жидкости в трубах по формуле (6):

- критерий Рейнольдса:

- для этого значения Re можно воспользоваться формулой:

- коэффициент теплоотдачи:

После подстановки значений имеем:

Так как ∆^1/3=55,5^1/3=3,184, а 8400^4/3=170755, то после вычислений получаем:

Отсюда методом итерации находим K=935 .

Поверхность теплообмена:

Выбранный теплообменник с F=13м² недостаточен. Выбираем теплообменник с F=16,3м² и длиной труб H=5м. Остальные характеристики остались прежними.

Необходим пересчет, так как изменились условия теплообмена (величина A). При H=5м величина A будет равна:

Это приводит к новому значению коэффициента теплопередачи: K=915и.

Выбранный теплообменник с F=16,3м² подходит.