І. Тепловий розрахунок

1. Теплове навантаження апарату

Q = G₁с₁(t₁ – t₂) = 30 000٠3,963 (80 – 40) = 4 755 600 кДж/год.

2. Витрата охолоджуючої води

G₂ =

2. Середня різниця температур

Δt_б = t₁ – t₄ = 80 – 40 = 40⁰С; Δt_м = t₂ – t₃ = 40 – 20 = 20⁰С;

Δt_ср = ⁰С.

3. Еквівалентний діаметр каналу теплообмінника.

Приймемо ширину каналу δ = 0,012 м, тоді еквівалентний діаметр

d_е =

4. Визначення числа Rе для розчину

Задаємось швидкістю руху розчину w₁ = 0,6 м/с (швидкість руху рідини в каналах спірального теплообмінника приймають в межах 0,3 – 1,0 м/с [16]) і визначаємо площу перерізу каналу теплообмінника

f = 0,011613 м²,

звідки ефективна ширина стрічки (ефективна висота теплообмінника)

b_е = f / δ = 0,011613 / 0,012 = 0,968 м.

Приймаємо ширину стрічки 1 м, тоді площа перерізу каналу

f = 1٠0,012 = 0,012 м².

Дійсна швидкість руху розчину NаОН в каналі

w₁= 0,58 м/с.

Визначаємо число Rе₁:

Rе₁ = 8906.

5. Визначаємо швидкість і число Rе для води

w₂ = м/с

= 39598.

6. Визначення коефіцієнтів тепловіддачі.

Приймемо діаметр спіралі 1 м і перевіримо критичне значення числа Rе по залежності (2.34):

Rе_кр = 20 000 (d_е / D_с)^0,32 = 20 000 (0,024/1)^0,32 = 6063

По залежності (2.31) визначаємо коефіцієнт тепловіддачі від розчину NаОН до стінки

Nu₁ = 0,023

= 0,023٠8906^0,8٠10,7^0,33[1 + 3,54(0,024/1)] = 78,8,

звідки = 1760 Вт/(м²٠К).

Аналогічно визначаємо коефіцієнт тепловіддачі для води:

Nu₂ = 0,023 = 0,023٠39598,5^0,8٠5,41^0,33(1 + 3,54٠0,024) = 207,606

α₂ = Nu₂ λ₂ / d_е = 207,606٠0,618 / 0,024 = 5345,8 Вт/(м²٠К).

7. Розрахунок коефіцієнта теплопередачі і необхідної поверхні теплообміну.

Задаємось товщиною стінки δ_ст = 0,0039 м і матеріалом стінки Х18Н10Т, для якої коефіцієнт теплопровідності λ_ст = 16 Вт(м٠К). Термічний опір забруднень (Таблиця 2.2): зі сторони розчину r_з1 = 1/2500 м²٠К/Вт; зі сторони води r_з2 = 1/2900 м²٠К/Вт.

Сума термічних опорів стінки і забруднень:

∑r = δ_ст / λ_ст + r_з1 + r_з2 = 0,0039/16 + 1/2500 + 1/2900 = 0,001 м²٠К/Вт.

Коефіцієнт теплопередачі:

К = = = 569,8 Вт/(м²٠К).

Необхідна поверхня теплообміну спірального теплообмінника:

F = = 80,697 м².

Згідно ГОСТ 12067 – 80 з таблиці 2.12 (додаток 2.1) вибираємо спіральний теплообмінник з наступною характеристикою:

- площа поверхні теплообміну, м² 100

- ширина листа, м 1,0

- довжина каналу, м 50

- площа перерізу каналу 10⁴ м² 120

- товщина листа, м 0,0039

- діаметр штуцерів для рідких теплоносіїв, мм 150

- маса теплообмінника, кг 5960