Курсовая работа: Расчет и проектирование вертикального кожухотрубного теплообменника для пастеризации продукта

i_2п , i_2к – начальная и конечная энтальпии холодного теплоносителя, .

Если во время теплообмена не изменяется агрегатное состояние теплоносителей, энтальпии последних приравнивают произведению теплоемкости на температуру и тогда уравнение теплового баланса (1.3) будет иметь вид:

Q=G₁ c₁ (t_1п -t_1к ) =G₂ c₂ (t_2к -t_2п ), (1.4)

где	c1 и с2 – средние удельные теплоемкости горячего и холодного теплоносителей соответственно, ; t1п , t1к – температуры горячего теплоносителя на входе в аппарат и на выходе из него, (0 С); t2к , t2п – температуры холодного теплоносителя на выходе из аппарата и на входе в него, (0 С).

Из уравнения (1.4) можно найти затраты горячего или холодного теплоносителей при известных значениях других параметров. В случае использования в качестве горячего теплоносителя насыщенного водяного пара величин i_1п , , и i_1к , , в уравнении (1.3) будут соответственно энтальпиями пара, который поступает, и конденсата, который выходит из теплообменника. Уравнение теплового баланса, предполагая, что отдача тепла при охлаждении пара к температуре конденсации и при охлаждении конденсата незначительная:

Q=G_гр (i_1п -i_1к ) =G₂ c₂ (t_2к -t_2п ), (1.5)

где	где Gгр – затрата греющего пара, .

Предполагая, что отдача тепла при охлаждении пара к температуре конденсации и при охлаждении конденсата незначительная, уравнение теплового баланса (1.5) можно записать в виде:

Q=G_гр r=G₂ c₂ (t_2к -t_2п ), (1.6)

где	r – удельная теплота конденсации, .

По уравнениям (1.5) и (1.6) определяют затраты водяного пара. Если греющий пар является влажным, то теплоту конденсации умножаем на степень сухости водного пара. Если имеем тепловые потери в окружающую среду, то величину тепловой нагрузки необходимо умножить на коэффициент, который учитывает тепловые потери. Энтальпию и удельную теплоту конденсации греющего пара определяют по справочникам [6,10]. Коэффициент теплопередачи К, , для плоской теплообменной поверхности:

, (1.7)

где

a1 , a2 – коэффициенты теплоотдачи соответственно для горячего и холодного теплоносителя, . Коэффициент теплоотдачи показывает, какое количество теплоты передается от теплоносителя к 1 м2 поверхности стенки (или от стенки поверхностью 1 м2 к теплоносителю) в единицу времени при разности температур между теплоносителем и стенкой 1 град. dст – толщина теплообменной стенки, (м); lст – коэффициент теплопроводности материала стенки, Коэффициент теплопроводности показывает, какое количество теплоты проходит вследствие теплопроводности в единицу времени через единицу поверхности теплообмена при падении температуры на один градус на единицу длины нормали к изотермической поверхности.

Коэффициенты теплоотдачи определяют из критерия Нуссельта, а последний находят по разным критериальным уравнениям в зависимости от конкретных условий теплообмена. В случае развитого турбулентного движения жидкостей в трубах и каналах (Re>10000):

Nu= (1.8)

Для критериев Nu, Re и Pr за определяющую температуру принимается средняя температура жидкости, а для критерия Pr_ст — температура стенки. По линейным размерам в критериях Nu и Re берется внутренний диаметр трубы или эквивалентный диаметр канала. При ламинарном движении (Re<2300):

Nu= (1.9)

Для воздушного теплоносителя формулы (1.8) и (1.9) соответственно:

Nu=0,018Re^0,8 ; (1.10)