Расчет поверхности теплообмена

Необходимая поверхность теплообмена определяется из основного уравнения теплопередачи:

К – коэффициент теплопередачи, Вт/м^3·К

Q₂ – максимальный тепловой поток, Вт

– средняя разность температур теплоносителя и реакционной массы

Нагрев осуществляется греющим паром под давлением 2 атм через стенку аппарата. Температура конденсации греющего пара t_конд = 119, 6°С.

Реакц. масса

Пар

Средняя разность температур:

Где = 119, 6 – 40 = 79, 6 °C

= 119.6 – 50 = 69.6 °C

Средняя температура реакционной массы:

Средняя температура стенки:

1. Определение коэффициента теплоотдачи от греющего пара к стенке аппарата.

Физические свойства пара при 119, 6°С приведены в таблицу 3.1

Таблица 3.1

Физические свойства пара при 119, 6°С

Наименование	Обозначение	Размерность	Значение
Удельная теплота парообразования	r	кДж/кг
Коэффициент теплопроводности	λ	Вт/м·К	0, 684
Плотность		кг·м3
Динамическая визкость		Па·с	0, 232·10-3

При обогреве аппарата насыщенным водяным паром коэффициент теплоотдачи рассчитывается по формуле [ ]:

Где – разность температур конденсата и стенки, на которой конденсируется пар, °С

h – высота поверхности, м

2. Определение коэффициента теплоотдачи от стенки аппарата к реакционной массе

В качестве теплофизических параметров, характеризующих реакционную массу, принимаем серную кислоту.

Определяющей температурой является температура пограничного слоя:

Физические свойства серной кислоты при 63, 65 °С приведены в таблицу 3.2

Таблица 3.2

Физические свойства серой кислоты при 63, 65°С

Наименование	Обозначение	Размерность	Значение
Удельная теплоемкость	с	кДж/кг·К	1, 93
Коэффициент теплопроводности	λ	Вт/м·К	0, 35
Плотность		кг·м3
Динамическая визкость при tст = 82, 3°С		Па·с	5·10-3
Динамическая визкость		Па·с	8·10-3

Коэффициент теплоотдачи к реакционной массе:

Где Nu – критерий Нуссельта, характеризующий интенсивность теплообмена на границе стенка – реакционная масса

D_апп – диаметр аппарата, м

Выражение, для расчёта критерия Нуссельта для аппаратов с мешалками:

Где Re_м – критерий Рейнольдса для аппаратов с имешалками

Г – отношение диаметра аппарата к диаметру мешалки

Pr – критерий Прандтля

Где n – частота вращений рамной мешалки, с^-1

D_м – диаметр мешалки

Перевод из об/мин в с^-1:

3. Определение термических сопротивлений стенки

Толщина стенки стали = 14 см

Теплопроводность стали = 46, 5 Вт/м·К

Толщина эмали = 3 см

Теплопроводность эмали = 1 Вт/м·К

Тепловая проводимость загрязнений стенки со стороны водяного пара и со стороны реакционной массы

1/r_загр¹ = 5800 Вт/м·К

1/r_загр² = 5800 Вт/м·К

Коэффициент теплопередачи:

Необходимая поверхность теплообмена:

Выбранный аппарат имеет поверхность теплообмена 7, 5 м², которой достаточно для осуществления технологического процесса.

Запас поверхности составляет: