Контрольная работа по процессам и аппаратам на тему теплообменный аппарат для охлаждения горячего теплоносителя

Примем для нашего случая противоточную схему движения теплоносителей c горячим теплоносителем во внутренней трубе. Тогда
〖∆t〗_б=t_11-t_22=55-26=29 ℃;
〖∆t〗_м=t_12-t_21=30-20=20 ℃;
(∆t) ̅_л=(〖∆t〗_б-〖∆t〗_м)/ln⁡(〖∆t〗_б/〖∆t〗_м ) =(29-20)/ln⁡(29/20) ≈24,22 ℃.
В то же время, если 〖∆t〗_б/〖∆t〗_м≤1,7, среднюю разность температур можно приближенно определить, как среднеарифметическую между ними, [2]:
(∆t) ̅_а=(〖∆t〗_б+〖∆t〗_м)/2. (4)
Так как в нашем случае
〖∆t〗_б/〖∆t〗_м=29/20=1,45≤1,7,
определяем окончательно среднюю разность температур по формуле (4):
(∆t) ̅=(∆t) ̅_а=(〖∆t〗_б+〖∆t〗_м)/2=(29+20)/2=24,5 ℃.
При этом расхождение между (∆t) ̅_л и (∆t) ̅_а
|(∆t) ̅_а-(∆t) ̅_л |/(∆t) ̅_л ∙100=|24,22-24,5|/24,22∙100≈1,15 %.
5. Размеры трубы горячего теплоносителя (внутренней)
Средняя плотность горячего теплоносителя при t ̅_1=42,5 ℃ согласно [2]:
ρ ̅_1=992,2-(992,2-988,1)∙(t ̅_1-40)/(50-40)≈991,2 кг/м^3.
Задаемся скоростью движения горячего теплоносителя (внутренняя труба). Для капельных жидкостей ее обычно принимают в пределах 0,5…2,0 м/с, [3]. Пусть предварительно w_1=1,2 м/с. Тогда требуемый диаметр для прохода воды при заданном массовом расходе
d_(1,вн)=√((4G_1)/(πρ ̅_1 w_1 ))=√((4∙1,5)/(3,142∙991,2∙1,2))≈0,0401 м.
По ГОСТ 8734-78 выбираем стальную трубу с наружным диаметром и толщиной стенки соответственно d_(1,н)=50 мм и δ_1=2 мм. Тогда
d_(1,вн)=d_(1,н)-2δ_1=50-2∙2=46 мм=0,046 м.
Отсюда точная скорость движения горячего теплоносителя
w_1=(4G_1)/(πρ ̅_1 d_(1,вн)^2 )=(4∙1,5)/(3,142∙991,2∙〖0,046〗^2 )≈0,911 м/с,
что попадает в интервал 0,5…2,0 м/с, [3].
6. Размеры трубы холодного теплоносителя (внешней)
Средняя плотность холодного теплоносителя при t ̅_2=18,0 ℃ согласно [2]:
ρ ̅_2=999,7-(999,7-999,2)∙(t ̅_2-10)/(20-10)≈999,3 кг/м^3.
Задаемся скоростью движения холодного теплоносителя (внешняя труба). Пусть предварительно w_2=1,2 м/с. Тогда требуемый эквивалентный диаметр для прохода воды при полученном массовом расходе
d_(2,эк)=√((4G_2)/(πρ ̅_2 w_2 ))=√((4∙2,34)/(3,142∙999,3∙1,2))≈0,0498 м.
Согласно [1] внутренний диаметр внешней трубы
d_(2,вн)=d_(2,эк)+d_(1,н)=0,0498+0,05=0,0998 м.
По ГОСТ 8734-78 выбираем ближайшую стальную трубу с наружным диаметром и толщиной стенки соответственно d_(2,н)=100 мм и δ_2=2,5 мм.