Основные размеры канала спирального теплообменника и скорости движения теплоносителей.

2.1. Площадь поперечного сечения канала спирального теплообменника определяем по параметрам движения охлаждающей воды.

Принимаем скорость движения воды W ≈ 0,5м/c. Тогда ориентировочная площадь поперечного сечения канала

S=G_в/(ρ*w*3600)= 9450/(1000*0,5*3600) = 0,00525 м²,

где ρ = 1000кг/м³ – плотность воды

Примечание: при значении массового расхода воды, превышающем 10000кг/час, принимать скорость движения воды по зависимости

W ≈ 0,5 + (G_в - 10000)*0,5/10000,

а затем определять площадь поперечного сечения канала.

Принимая высоту канала равной в=10мм, получим ширину спирали

В=S/в=0,00525/0,01 = 0,525 м= 525 мм

С учетом конструктивных особенностей организации уплотнения каналов с торцов (рис.5 и рис.6, Приложение), принимаем ширину канала равной

В_к=0,5=500 мм.

Тогда, скорость охлаждающей воды равна

W_в=G_в/(3600*ρ_в*В_к*в)=9450/(3600*1000*0,5*0,01) = 0,525м/c

Для бензола принимаем такое же сечение канала S_б = S

Скорость движения бензола в каналах теплообменника

W_б = G_б/(3600*ρ_б*В_к*в) = 10³/3600*825*0,5*0,01=0,067м/c

Здесь ρ_б = 825кг/м³ плотность жидкого бензола на линии насыщения [2].

Определим коэффициент теплопередачи.

Гидравлический диаметр каналов для движения воды и бензола

d=4S/Р=4*В_к*в/(2(В_к+в))=4*0,5*0,01/(2*0,51) = 0,0196м=19,6м

Здесь S и Р – площадь поперечного сечения канала и его периметр соответственно.

2.2.2. Коэффициент теплоотдачи конденсирующегося бензола определяют по зависимости [1].

альфа_б=А/⁴√d*∆t_б

где d-гидравлический диаметр канала;

∆t_б – температурный напор от конденсирующихся паров бензола к стенке канала со стороны бензола;

А – коэффициент, зависящий от физических свойств конденсирующегося бензола и от скрытой теплоты его парообразования. Зависимость для определения коэффициента А приведена далее.

Дальнейший расчёт проводим последовательными приближениями, задаваясь в каждом новом приближении температурой стенки канала со стороны бензола. Каждое приближение заканчиваем сравнением заданного и полученного значений температуры стенки канала со стороны бензола.

Приближение №1.

Принимаем температуру стенки канала со стороны бензола равной t_ст1 = 57,9⁰C

Тогда, ∆t_б = t_к – t_ст1 = 80,1 – 57,9 = 22,2⁰C – температурный напор от конденсирующихся паров бензола к стенке канала, а средняя температура плёнки конденсирующегося бензола равна

t_п = (t_к + t_ст1)/2 = (80,1+57,9)/2 = 69⁰C

В соответствии с [1]

А=С^0,75*r^0,25, где С - коэффициент, зависящий от физических параметров конденсата бензола (от температуры его насыщенных паров).

В нашем случае С=3423 [1]. В курсовой работе допускается принимать это значение для всех вариантов заданий.

Тогда,

альфа_б=А/⁴√d∆t_,б = 3423^0,75*94,5^0,25/⁴√0,0196*22,2 = 1395/0,812 =

= 1718ккал/м²часК = 1998Вт/м²К

Для определения коэффициента теплоотдачи к воде определим её режим течения.

Число Рейнольдса

Re=wdρ/μ=wdγ/μg=(0,525*0,0196*1000)/(0,854*1,02*10^-4*9,81) = 12042

В этой зависимости

μ = 0,854сП=0,854*1,02*10^-4 = 87,108*10^-6кг*с/м²-динамический коэффициент вязкости воды при её средней температуре t=27,2⁰C (таблица №1 или [2]; перевод из единиц “сантипуаз” в “кг*с/м² технической системы единиц” см. в [3]).