Российский химико-технологический университет

Российский химико-технологический университет

им. Д. И. Менделеева.

Кафедра процессов и аппаратов химической технологии.

Теплообменники. Контрольная I.

Вариант 1.

Насыщенный пар толуола в количестве 2000 кг/ч конденсируется при давлении 760 мм. рт. ст. в кожухотрубном вертикальном конденсаторе. Жидкий толуол не переохлаждается. Тепло конденсации отводится водой, нагревающейся от 20 до 40°С. Вода движется в стальных трубах (марка стали Ст.3) диаметром 33×3 мм со скоростью 0,35 м/с. Коэффициент теплопередачи от пара к воде составляет 640 Вт/(м²∙К). Потерей тепла в окружающую среду и термическими сопротивлениями загрязнений пренебречь. Определить: 1) поверхность теплопередачи в аппарате; 2) расход охлаждающей воды; 3) коэффициенты теплоотдачи; 4) составить схему аппарата.

Решение.

Температура кипения толуола: . Средняя температура воды: .

Температура стенки: .

Тепловая нагрузка теплообменника: .

Расход охлаждающей воды: .

Движущая сила процесса теплоотдачи: .

Поверхность теплопередачи: .

Критерий Рейнольдса для внутритрубного пространства:

Режим развитый турбулентный => формула 4.17 из Романкова:

Для большинства теплообменников отношение , следовательно .

Критерий Прандтля: , .

Критерий Нуссельта: .

Коэффициент теплоотдачи для внутритрубного пространства:

Температура стенки: .

Критерий Прандтля при температуре стенки: .

Критерий Нуссельта: .

Коэффициент теплоотдачи для внутритрубного пространства:

Коэффициент теплопередачи (межтрубное пр-во – пар – , ; внутритрубное пространство – вода – , ):

Вариант 2.

На наружной поверхности змеевика, изготовленного из стальной (марка стали Ст.3) трубы диаметром 28×2 мм и длиной 5 м, конденсируется при давлении 760 мм рт. ст. насыщенный пар изопропилового спирта. Диаметр витка змеевика составляет 0,3 м. В трубе змеевика протекает метанол, температура которого увеличивается от 12 до 29^оС. Коэффициент теплопередачи от конденсирующегося пара к метанолу равен 600 Вт/(м²∙К). Потерями тепла и термическими сопротивлениями загрязнений пренебречь. Определить: 1) количество конденсирующегося изопропанола и охлаждающего метанола; 2) коэффициенты теплоотдачи; 3) составить схему аппарата.

Решение.

Температура кип. изопропанола: . Средняя темп. метанола: .

Температура стенки: .

Поверхность теплопередачи теплообменника:

Движущая сила процесса теплоотдачи:

Тепловая нагрузка теплообменника: .

Расход изопропанола: .

Расход метанола: .

Смоченный периметр внутритрубного пространства:

Критерий Рейнольдса для внутритрубного пространства:

Режим развитый турбулентный => формула 4.17 из Романкова:

. Отношение , следовательно .

Критерий Прандтля: .

Критерий Прандтля при темп. стенки: .

Критерий Нуссельта: .

Коэффициент теплоотдачи для внутритрубного пространства:

Поправка для змеевика: .

Коэффициент теплоотдачи для змеевика: .

Температура стенки: .

Критерий Прандтля при темп. стенки: .

Критерий Нуссельта: .

Коэффициент теплоотдачи для внутритрубного пространства:

Коэффициент теплоотдачи для змеевика: .

Коэффициент теплопередачи (межтрубное пр-во – пар – , ; внутритрубное пространство – вода – , ):

Вариант 3.

На наружной поверхности змеевика, изготовленного из стальной (марка стали Ст.3) трубы диаметром 26×3 мм, конденсируется при давлении 760 мм рт. ст. 60 кг/ч насыщенного пара изопропилового спирта. Диаметр витка змеевика составляет 0,23 м. Отвод тепла осуществляется водой, нагревающейся от 10 до 22°С. Коэффициент теплоотдачи со стороны пара составляет 980 Вт/(м²∙К). Термическим сопротивлением стенок пренебречь. Определить: 1) длину трубы, из которой изготовлен змеевик; 2) составить схему аппарата.

Решение.

Тепловая нагрузка теплообменника: .

Расход воды: .

Смоченный периметр внутритрубного пространства: .

Критерий Рейнольдса для внутритрубного пространства: .

Режим развитый турбулентный => формула 4.17 из Романкова: .

Для большинства теплообменников отношение , следовательно .

При нагревании жидкости отношение .

Критерий Прандтля: .

Критерий Нуссельта: .

Коэффициент теплоотдачи для внутритрубного пространства:

Поправка для змеевика: .

Коэффициент теплоотдачи для змеевика: .

Коэффициент теплоотдачи для изопропанола:

Движущая сила процесса теплоотдачи:

Поверхность теплопередачи: .

Длина трубы: .

Вариант 41.

В кольцевом зазоре двухтрубного теплообменника движется вода со скоростью 0,5 м/с, нагреваясь от 22 до 46ºС. Во внутренней трубе диаметром 45×2 мм противотоком движется хлорбензол охлаждаясь от температуры кипения до 50ºС. Расход хлорбензола 3 т/ч. Коэффициент теплоотдачи со стороны хлорбензола 530 Вт/(м²·К). Определить: 1) диаметр внешней трубы; 2) поверхность теплопередачи; 3) составить схему аппарата.

Решение.