Пояснительная записка. национальный исследовательский томский политехнический университет
 Скачать 1.24 Mb.
|
1.2 Физико-химические характеристики бинарной смеси и греющего параВсе значения принимаем при t=74,4°С. Плотность смеси находим из данных таблицы IV [2, ст. 512] по формуле:  . (8)где  ,  - плотность хлороформа и бензола, кг/м; , - масс. % компонентов. = 1152,94 кг/м.Динамический коэффициент вязкости находим из номограммы рис. 5 [2, ст. 556] по формуле: lgμсм=xхл∙lgμхл+хб∙lgμб, (9) где μхл, μб - динамические коэффициенты вязкости хлороформа и бензола, мПа·с. μсм = 0,35 мПа·с. Поверхностное натяжение смеси находим, используя значения отдельных веществ из таблицы XXIV [2, ст. 526], по формуле: σсм = х'хл·σхл + х'б·σб, (10) где σхл ,σб - поверхностное натяжение хлороформа и бензола, Н/м. σсм = 21,972·10-3·0,4 + 19,756·10-3·0,6 = 20,64·10-3 Н/м. Коэффициент теплопроводности смеси находим из номограммы по отдельным веществам на рис. XI [2, ст. 562] по формуле: λсм = λхл∙х'хл+λб∙х'б, (11) где λхл ,λб - коэффициенты теплопроводности хлороформа и бензола, Вт/м∙К. λсм = 0,24∙0,6 + 0,46∙0,4=0,33 Вт/м2∙К. Теплоемкость смеси находим по формуле: Ссм = Схл∙х'хл + Сб∙х'б, (12) где Схл ,Сб - теплоемкости хлороформа и бензола, Дж/кг∙К. Ссм = 1089,4∙0,6 + 1885,5∙0,4 = 1407,84 Дж/кг∙К. Плотность паров при атмосферном давлении находим по формуле 1.5 [2, ст. 13]:  = ухл∙ρхл + уб∙ρб, (13)где ухл ,уб - содержание компонентов в паровой фазе, находим из рисунка 1 по верхней линии в соответствии с t=74,4°С; ρхл ,ρб - плотности паров хлороформа и бензола при t=74,4°С, находим по формуле 1.5 [2, ст. 13]:  , (14)где М - молярная масса компонента, кмоль/кг; Т0 - абсолютная температура, равна 273 К; Р0 - атмосферное давление, равно 1 кгс/см; Т - температура, при которой определяется плотность, в нашем случае это t = 74,4°С = 347,4 К; Р - давление, при котором определяется плотность, в нашем случае оно равно атмосферному 1 кгс/см2.  кг/м3; кг/м3. 3,68кг/м3.Тогда плотность паров над кипящей жидкостью принимаем как [3, ст. 76]:  = + 0,0015 = 3,684 кг/м3. (15)Так как в качестве теплоносителя используется водяной пар давлением Рабс = 0,17 МПа, то удельная теплота конденсации будет определятся из таблицы LVII [2, ст. 549] r = 2221000 Дж/кг, плотность ρ = 0,9635 кг/м3 по таблице LVI [2, ст. 548]. Температура конденсации t1 = Тконд = 115°С. Физико-химические характеристики конденсата при температуре конденсации: плотность ρ1 = 947 кг/м3 по табл. LVII [2, ст. 549]; динамическая вязкость μ1 = 243,6∙10-6 Па∙с по табл. XXXIX [2, ст. 537]; удельная теплопроводность λ1 = 68,55∙10-2 Вт/м∙К по табл. XXXIX [2, ст. 537]. 1.3 Уточненный расчёт поверхности теплопередачи и подбор теплообменникаВ соответствии с таблицей XXXIV [2, ст. 508] поверхность, близкую к ориентировочной, имеет теплообменник с высотой труб Н=1,5 м; диаметром кожуха D=0,4 м; числом труб N=121; шаг труб 32 мм и поверхностью теплообмена F=14 м. Для начала вычислим коэффициенты А по формуле 2.23 [3, ст. 53] и В по формуле 2.28 [3, ст. 54] по известным физико-химическим характеристикам конденсата для определения f(q):  , (16) , , (17) .В качестве первого приближения примем ориентировочное значение удельной тепловой нагрузки:  Вт/м2, (18)где Q - рассчитанная тепловая нагрузка аппарата, Вт; F - поверхность теплопередачи, выбранного аппарата, м2. Для труб выбираем материал - нержавеющая сталь Х18Н10Т. Сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений равна:  м∙К/Вт, (19)где δст - толщина труб теплообменника, мм; λст - теплопроводность стали, Вт/м∙К;  - среднее занчение теплопроводности загрязнений стенки. Тогда по формуле (а) [3, ст. 76] получаем уравнения относительно неизвестного теплового потока: , (20)где q - удельная тепловая нагрузка, Вт/м2;  - сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений, ;Δtср - средняя разность температур между теплоносителями, К. Находим: f(q1) =  + 0,000287 ∙  + – 40,6 = -10,59.Примем второе значение q2 = 200000 Вт/м2, получим: f(q1) =  + 0,000287 ∙ 200000 + – 40,6 = 64,63.Третье, уточненное значение q3, определим в точке пересечения с осью абсцисс хорды, проведенной из точки 1 (57677,1; -10,59) в точку 2 (200000; 64,63) сечения с осью абсцисс хорды, проведенной из точки 1 для зависимости f(q) по формуле (б) [3, ст. 77]:  (21)Получаем:  Вт/м2.Тогда требуемая поверхность теплопередачи составит:  м2. (22)В выбранном теплообменнике запас поверхности:  Далее находим коэффициенты теплоотдачи α1 по уравнению 2.23 [3, ст. 53] и α2 по уравнению 2.28 [3, ст. 54]: α1=α∙  =3,125·105·77714,32-1/3=7322,9 Вт/м2·К (23)α2=β∙  =12,68·77714,320,6=10899,83 Вт/м2·К (24)Теперь возможно найти коэффициент теплопередачи по формуле 2.19 [3, ст. 50]:  . (25)где α1 ,α2 - коэффициенты теплоотдачи, Вт/м2·К; - сумма термических сопротивлений стенки и зарязнений, м2·К/Вт. 13,66∙10-5+28,7∙10-5+9,17∙10-5=51,53∙10-5 м2·К/Вт.Отсюда коэффициент теплопередачи равен К=1940,62 Вт/м2·К. |