Контрольная работа: Расчет оптимального теплообменника по параметрам эффективности теплопередачи
Дt2 — разность температур первого потока, О С.
Определим количество тепла для второго потока (Q2 ):
Q2 = ∙ 2,65 ∙ (50 – 10) = 2650 кВт.
Из условия равенства количества тепла первого и второго потока (Q1 = Q2 ) определим недостающее исходное значение для дальнейшего расчета (начальную температуру первого потока t1н ). Выразим t2к из формулы и определим его значение:
t1н = + t1к , О С,
t1н = + 40 = 81,84 О С.
Далее рассмотрим вариант теплообмена с прямоточным движением потоков. Температурная схема потоков представлена на рисунке 2.
Рисунок 2 — Температурная схема движения потоков при прямотоке
Из температурной схемы видно, что в данном варианте теплообмена при заданных начальных и конечных температурах потоков наблюдается так называемое "пересечение температур", это говорит о том, что данный вариант теплообмена работать не будет.
Исходя из сделанного вывода, можно сделать еще один не менее важный вывод. Поскольку вариант смешанного тока представляет собой сочетание прямоточного и противоточного движения потоков, то схема смешанного тока также не будет работать для данных температур потоков.
Рассмотрим вариант противоточного движения потоков. Температурная схема представлена на рисунке 3.
Из температурной схемы противоточного движения видно, что "пересечения температур" в этом варианте теплообмена не происходит, на протяжении всего временного интервала имеется разность температур. Этот вариант принимается к дальнейшему обсуждению.
Конструктивно кожухо-трубчатые теплообменники внутри имеют трубное и межтрубное пространство, куда соответственно подается один и другой теплоноситель. Таким образом, возникает необходимость рассмотреть два варианта: первый вариант – когда горячий поток подается в трубное пространство, а холодный поток в межтрубное пространство, и второй вариант – когда наоборот, холодный поток подается в трубное пространство, а горячий поток в межтрубное.
Рисунок 3 — Температурная схема движения потоков при противотоке
Рассмотрим вариант, когда в трубное пространство подается горячий поток (G1 ), а в межтрубное пространство холодный поток (G2 ).
Для расчета стоимости теплообменника необходимо знать величину площади поверхности теплообмена. Однако для этого необходимо знать среднюю разность температур в теплообменнике Дtср , которая определяется в зависимости от значения отношения , где Дtб – большая разность температур в теплообменнике, Дtм – меньшая разность температур.
Если отношение ≤ 2, то среднюю разность определяют как среднее арифметическое:
Дtср = . (3)
Если отношение > 2, то среднюю разность определяют как среднее логарифмическое:
Дtср = . (4)
Определим среднюю разность температур.
Дtб = t1н – t2к = 81,84 – 50 = 31,84 О С,
Дtм = t1к – t2н = 40 – 10 = 30 О С,
= = 1,06 < 2, тогда Дtср определяется как среднее арифметическое,
Дtср = = = 30,92 О С.
В зависимости от процесса протекающего в аппарате, принимаем значения коэффициента теплопередачи K [1]. В теплообменнике тепло передается от одной органической жидкости к другой, поэтому принимаем значение коэффициента теплообмена равное 200 Вт/(м2 ∙О С).
Теперь, зная среднюю разность температур в теплообменнике, коэффициент теплопередачи, определяем значение площади поверхности теплообмена (F):