Question

Метиловый спирт (100 %) нагревается в трубном пространстве одноходового кожухотрубчатого теплообменника от 15 до 47°С. Противотоком в межтрубном пространстве течет вода, которая охлаждается от 90 до 47°С. Теплообменник состоит из 112 нержавеющих труб диаметром 30×5 мм. Скорость метилового спирта в трубах 0,8м/с. Определить необходимую поверхность теплопередачи теплообменника и длину трубчатки, если принять коэффициент теплоотдачи от воды к стенке 840 Вт/(м 2 ∙К) и среднюю температуру загрязнений поверхности стенки со стороны воды среднего качества 40°С.

Answer 1

Дано:
Т1 = 15°C
Т2 = 47°C
Т3 = 90°C
Т4 = 47°C
D = 30 мм
δ = 5 мм
V = 0,8 м/c
α = 840 Вт/(м^2*К)
Тср = 40°C
N = 112

Найти:
S - площадь теплопередачи
L - длина трубчатки

Решение:
1. Рассчитаем разность температур для метилового спирта и воды:
Δt1 = Т2 - Т1 = 47°C - 15°C = 32°C
Δt2 = Т3 - Т4 = 90°C - 47°C = 43°C

2. Рассчитаем коэффициент теплоотдачи от метилового спирта к стенке:
α1 = 0.023 * (V * D)^(0.8) = 0.023 * (0.8 м/c * 0.03 м)^(0.8) ≈ 183 Вт/(м^2*К)

3. Рассчитаем площадь теплопередачи:
S = N * π * D * L = 112 * 3.14 * 0.03 м * L = 10.5816 * L м^2

4. Составим уравнения для коэффициентов теплоотдачи:
1/α = 1/α1 + δ/λ + δ/(α2 * S)

5. Рассчитаем общий коэффициент теплоотдачи α2:
1/α = 1/183 + 0.005 м / λ + 0.005 м / (840 * S)
1/α = 1/183 + 0.005 м / λ + 0.005 м / (840 * 10.5816 * L)
1/α = 1/183 + 0.005 м / λ + 0.0000589 / L

6. Рассчитаем коэффициент теплоотдачи от воды к стенке α3:
α3 = 840 Вт/(м^2*К) * (40°C - 47°C) / (40°C - 15°C) ≈ 583 Вт/(м^2*К)

7. Составим уравнение для площади теплопередачи:
1/α = δ / λ + 1/(α3 * S)

8. Рассчитаем требуемую площадь теплопередачи:
1/183 = 0.005 м / λ + 1 / (583 * S)
1/183 = 0.005 м / λ + 1 / (583 * 10.5816 * L)
1/183 = 0.005 м / λ + 0.000175 / L

Ответ:
Необходимая площадь теплопередачи: 0.005 м / λ + 0.000175 / L = 1/183
Длина трубчатки: 10.5816 * L = S