, (1.8)

. (1.9)

2. Определяем температуры стенок со стороны теплоносителей – и по формулам (1.10) и (1.11) [3]:

, (1.10)

. (1.11)

1. Находим температуру плёнки конденсата – по формуле (1.12) [1]:

. (1.12)

1.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ ПРИ СРЕДНИХ ТЕМПЕРАТУРАХ

1. Определяем теплоёмкость холодного теплоносителя при температуре по формуле (1.13) [1]:

Дж/(кг∙К), (1.13)

где Дж/(кг∙К) и Дж/(кг∙К) – удельные теплоёмкости ацетона и воды соответственно при [1, рис. XI].

Необходимо произвести перерасчёт мольной доли в массовую, а именно по формуле [1]:

,

где г/моль – молярная масса ацетона и г/моль – молярная масса смеси.

1. Определяем плотность холодного теплоносителя при температуре по формуле (1.14) [1]:

кг/м³, (1.14)

где кг/м³ и кг/м³ – плотности ацетона и воды соответственно при [1, табл. IV].

1. Определяем динамический коэффициент вязкости холодного теплоносителя при температуре по формуле (1.15) [1]:

Па·с, (1.15)

где Па·с и Па·с – динамические коэффициенты вязкости ацетона и воды соответственно при [1, табл. IX].

1. Определяем коэффициент теплопроводности холодного теплоносителя при температуре по формуле (1.16) [1]:

Вт/(м·К), (1.16)

где Вт/(м·К) и Вт/(м·К) – коэффициенты теплопроводности ацетона и воды соответственно при [1, рис. X].

1. Определяем теплоёмкость холодного теплоносителя при температуре по формуле (1.17) [1]:

Дж/(кг∙К), (1.17)

где Дж/(кг∙К) и Дж/(кг∙К) – удельные теплоёмкости ацетона и воды соответственно при [1, рис. XI].

1. Определяем динамический коэффициент вязкости холодного теплоносителя при температуре по формуле (1.18) [1]:

Па·с, (1.18)

где Па·с и Па·с – динамические коэффициенты вязкости ацетона и воды соответственно при [1, табл. IX].

1. Определяем коэффициент теплопроводности холодного теплоносителя при температуре по формуле (1.19) [1]:

Вт/(м·К), (1.19)

где Вт/(м·К) и Вт/(м·К) – коэффициенты теплопроводности ацетона и воды соответственно при [1, рис. X].

1.3 ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС

Составим таблицу теплового баланса для нашего процесса (табл. 1.2):

Таблица 1.2 - Таблица теплового баланса

Приход (Вт)	Расход (Вт)
1. С горячим теплоносителем: ; 2. С холодным теплоносителем: .	1. С горячим теплоносителем: ; 2. С холодным теплоносителем: ; 3. Тепловые потери:

Составляем уравнение теплового баланса:

, (1.20)

или

, (1.21)

где - тепло, отдаваемое горячим теплоносителем;

- тепло, принятое холодным теплоносителем.

Учитывая, что - удельная теплота конденсация водяного пара при и , а , получаем:

, (1.22)

1. Из выражения (1.22) определим тепловую нагрузку аппарата – по формуле (1.23):

Вт, (1.23)

где т/ч кг/с (см. задание на проект).

1. Из формулы (1.22) для расхода греющего пара получаем:

кг/с, (1.24)

где Дж/кг [1, табл. LVI].

1.4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОРИЕНТИРОВОЧНОЙ ТЕПЛОПЕРЕДАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ И ПОДБОР НОРМАЛИЗОВАННОЙ КОНСТРУКЦИИ ПО СТАНДАРТАМ

1. Ориентировочно определяем теплопередающую поверхность по формуле (1.25) [4]:

м², (1.25)

где Вт/( м²·К) – ориентировочное значение коэффициента теплопередачи [1, табл. 4.8];

.

1. Рассчитываем скорость холодного теплоносителя, обеспечивающую турбулентное течение в трубах ( ), по формуле (1.26) [1]:

м/с, (1.26)

где м – внутренний диаметр труб;

Па·с;

кг/м³.

2. Рассчитываем ориентировочное число труб на один ход трубного пространства для обеспечения турбулизации потока холодного теплоносителя по формуле (1.27) [1]:

, (1.27)

где кг/с.

1. По табл. 4.12 [1] выбираем теплообменник со следующими характеристиками конструкции, удовлетворяющими условиям и (табл. 1.3):

Таблица 1.3 - Характеристики теплообменника по ГОСТ 15118-79[1]

Внутренний диаметр кожуха , мм	Число труб на один ход,	Длина труб , м	Пов-сть теплообмена , м2		, мм	Трубы , мм	Число ходов,
600	120	4,0	75	16	300	25x2	2

1.5 УТОЧНЁННЫЙ РАСЧЁТ ТЕПЛОПЕРЕДАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ

1. Определяем коэффициент теплоотдачи водяного пара по формуле (1.28) [1]:

Вт/(м²·К), (1.28)

где - для водяного пара [1];

Вт/(м·К) – коэффициент теплопроводности конденсата пара при [1, табл. XXXIX];

кг/м³ – плотность конденсата пара при ;

Па·с – коэффициент динамической вязкости конденсата пара при [1, табл. XXXIX];

- общее число труб;

кг/с.

1. Уточняем критерий Рейнольдса для движения холодного теплоносителя по формуле (1.29) [1]:

. (1.29)

1. Определяем критерий Прандтля для холодного теплоносителя при по формуле (1.30) [1]:

, (1.30)

где Дж/(кг∙К);

Па·с;

Вт/(м·К).

1. Определяем критерий Прандтля для холодного теплоносителя при по формуле (1.31) [1]:

, (1.31)

где Дж/(кг∙К);

Па·с;

Вт/(м·К).

1. Определяем критерий Нуссельта для холодного теплоносителя при турбулентном течении жидкости по формуле (1.32) [2]:

, (1.32)

где [1, табл. 4.3].

1. Определяем коэффициент теплоотдачи холодного теплоносителя по формуле (1.33) [1]:

Вт/(м²·К). (1.33)

1. Определяем расчётный коэффициент теплопередачи по формуле (1.34) [1]:

Вт/(м²∙К), (1.34)

где (м²∙К) / Вт– сопротивление загрязнений стенки со стороны горячего теплоносителя [1, табл. XXXI];

(м²∙К) / Вт – сопротивление загрязнений стенки со стороны холодного теплоносителя [1, табл. XXXI];

Вт/(м²∙К) – коэффициент теплопроводности стенки трубы [1, табл. XXVIII].

1. Уточняем площадь теплопередающей поверхности по формуле (1.35) [1]:

м². (1.35)

10) Определяем погрешность расчёта по формуле (1.36) [2]:

. (1.36)

Т. к. , то считаем теплообменник подобранным.

1.6 РАСЧЁТ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ

1. Принимаем - температура стенки кожуха;

- температура поверхности слоя изоляции;

.

1. Рассчитываем коэффициент теплоотдачи в окружающую среду по приближённому уравнению (1.36) [2]:

Вт/(м²∙К), (1.36)

где .

1. Рассчитываем толщину слоя тепловой изоляции по формуле (1.37) [2]:

м мм, (1.37)

где Вт/(м²∙К) – коэффициент теплопроводности войлока шерстяного [1, табл. XXVIII].

2. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ

Гидравлический расчёт данного кожухотрубчатого теплообменника заключается в определении затрат энергии на перемещение холодного теплоносителя по трубам и подборе центробежного насоса.

1. Рассчитываем объёмный расход (подачу) холодного теплоносителя по формуле (2.1) [5]:

м³/с, (2.1)

где кг/с;

кг/м³.

1. Т. к. , то коэффициент трения рассчитаем по обобщённому уравнению (2.2) [5]:

, (2.2)

где - относительная шероховатость стенок труб, причём мм - абсолютная шероховатость стенок труб [5];

.

1. Определяем скоростное сопротивление трубного пространства движению холодного теплоносителя по формуле (2.3) [1]:

Па, (2.3)

где м/с – скорость движения холодного теплоносителя в трубном пространстве (формула (1.26)).

1. Определяем скоростное сопротивление в штуцерах теплообменника по формуле (2.4) [1]:

Па, (2.4)

где м/с – скорость движения холодного теплоносителя в штуцерах [1];

м – диаметр условного прохода штуцеров к трубному пространству [6, табл. II.8.];

кг/м³.

1. Определяем потери давления на трения в трубах по формуле (2.5):

Па, (2.5)

где м; м (рис. I);

Вт/(м·К);

;

м.

1. Определяем потери давления на преодоление местных сопротивлений по формуле (2.6) (рис. I):

Па, (2.6)

где - коэффициент сопротивления входной и выходной камер [1];

- коэффициент сопротивления входа и выхода из труб [1];

- коэффициент сопротивления поворота на 180° [1];

- коэффициент сопротивления колена 90° [1, табл. XIII].

1. Определяем потери давления на поднятие столба жидкости на высоту 10 м по формуле (2.7) [1]:

кожухотрубный теплообменник смесь гидравлический

Па. (2.7)

1. Определяем общее гидравлическое сопротивление трубного пространства по формуле (2.8) [1]:

Па. (2.8)

По табл. I.2 [6] выбираем центробежный насос со следующими характеристиками (табл. 2.1):

Таблица 2.1 - Технические характеристики центробежного насоса[6]

Марка	,м3/с	H, м столба жидкости	, 1/с				Электродвигатель
							тип		, кВт
X45/21	1,25∙10-2	17,3	48,3	0,60		АО2-51-2		10	0,88

1. Рассчитываем потребляемую мощность электродвигателем насоса по формуле (2.9) [5]:

кВт, (2.9)

где - к.п.д. передачи, т.к. вал двигателя непосредственно соединяется с рабочим колесом насоса.

Что удовлетворяет условию и .

3. КОНСТРУКТИВНО-МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ

3.1 РАСЧЁТ ТОЛЩИНЫ ОБЕЧАЙКИ

Выбираем цилиндрическую обечайку, изготовленную из стали Ст3.