Рассчитываем и подбираем вариант конструкции для подогрева кг/с исходной смеси (этиловый спирт – вода) от температуры 20 до .
Рассчитаем среднюю температуру исходной смеси:
При теплофизические свойства воды определяем по табл. XXXIX [3] методом линейной интерполяции:
ρ2в = 986,3 кг/м3
μ2в = 0,00052 Па·с
λ2в = 0,652 Вт/(м·К)
с2в = 4180 Дж/(кг·К)
При применяя метод линейной интерполяции определяем теплофизические свойства этилового спирта:
ρ2э = 760, кг/м (по табл. IV [3])
μ2э = 0,000655 Па·с (по табл. IX [3])
λ2Э = 0,172 Вт/(м·К)(по рис. Х [3])
с2Э = 2953,95 Дж/(кг·К)(по рис.ХI [3])
Определяем теплофизические свойства исходной смеси:
находим по правилу аддитивности:
λ2 находим по правилу аддитивности:
находим по правилу аддитивности:
ρ2 находим по правилу аддитивности:
ρ2 = 930.962 кг/м³,
Для подогрева используем насыщенный водяной пар давлением 0,123 МПа. Температура конденсации t1=tw=104,4. Характеристики конденсата при этой температуре находим по табл. XXXIX [3] и LVII [3] с помощью метода линейной интерполяции:
ρ1 = 955,1 кг/м³,
μ1 = 0,000273 Па·с,
λ1 = 0,6839 Вт/(м·К),
Pr1 = 1,66.
кг/с
Тепловая нагрузка аппарата определена ранее и составляет
. Расход пара так же определён ранее и составляет кг/с. Рассчитаем среднюю разность температур:
Примем коэффициент теплопередачи в пластинчатом теплообменнике Тогда ориентировочное значение требуемой поверхности составит:
Рассмотрим пластинчатый подогреватель (конденсатор паров) поверхностью 20 м²; поверхность пластины 0,3 м², число пластин N=70 (табл.2.13[2]).
Скорость жидкости и число Re в 35 каналах площадью поперечного сечения канала 0,0011 м² и эквивалентным диаметром канала 0,008 м (табл.2.14.[2]) равны:
Рассчитаем коэффициент теплоотдачи к жидкости:
Для определения коэффициента теплоотдачи от пара примем, что . Тогда в каналах с приведенной длинной L=1,12 м (табл.2.14[2]) получим:
Пренебрегаем термическими сопротивлениями загрязнений со стороны пара. Толщина пластин 1,0 мм, материал – нержавеющая сталь, λст=17,5 Вт/(м·К). Сумма термических сопротивлений стенки пластин и загрязнений со стороны жидкости составит:
Коэффициент теплопередачи:
Проверим правильность принятого допущения относительно Δt:
Рассчитаем требуемую поверхность теплопередачи:
Теплообменник номинальной поверхностью F = 20 м² подходит с запасом Δ=21%. Масса для этого аппарата М= 485 кг (табл.2.13[2]).
Диаметр присоединяемых штуцеров dш=0,065 м (табл.2.14[2]).
Скорость жидкости в штуцерах:
< 2,5 м/с, поэтому их гидравлическое сопротивление можно не учитывать.
Рассчитаем коэффициент трения:
где а2 – коэффициент, который зависит от площади пластины (см. п.2.4.2. (стр.72) [2]).
Для однопакетной компоновки пластин х=1.
Рассчитаем гидравлическое сопротивление: