где μ_М., μ_Э – коэффициенты динамической вязкости метанола и этанола при 54,5 °С [2, табл. ХI];

Находим критерий Нуссельта

Nu = 0,56∙ε_φ∙Re^0.5 ∙ Pr₁^0,36 (Pr₁/ Pr_ст1¹) = 0,561 ∙ 157,08^0,5 ∙ 1,62^0,36 (1,62/1,45)= 8,59

Коэффициент теплоотдачи смеси 

α₁¹ = Nu ∙ λ₁ /d₁ =8,59 ∙ 4,95/0,021 = 2024,8 Вт/(м²·К)

Тогда

Nu₂¹ = 0,8∙(Ре₂∙ d₂/L)^0,4 ∙ (Gr₂Pr₂)^0,1 (μ₂/ μ_ст2¹) = 0,8∙7,91∙4,39∙(0,804/0,603)^0,14 = 28,92

μ_ст2¹ - динамический коэффицент вязкости воды при t_ст2¹ = 45 ⁰С;; μ_ст2¹ = 0,603 мПа ∙ с

Следовательно:

α₂¹ = Nu₂∙ λ₂ /d₂ = 28,92∙0,618/0,021 = 851,07 Вт/(м²·К)

Коэффициент теплопередачи:

Поверхностная плотность теплового  потока

q^’= K∙ Δt_ср = 452,5∙38 = 17195,5 Вт/м²·

t_ст1¹ = t₁ - Δt₁¹ = 63 – 17195,5/2024,8 = 54,5 ⁰С

t_ст2¹ = t₂ + Δt₂¹ = 25 + 17195,5/2024,8 = 45,2 ⁰С

Дальнейшее  уточнение α₁ и α₂ и других величин не требуется, так как расхождение между α₁, α₁¹ и α₂, α₂¹ не превышает 5%.

Расчетная поверхность теплообмена:

 
 

Выбираем  стандартный теплообменник [3, стр. 25] площадью поверхностью теплообмена F = 510 м² с длиной труб L =6 м. диаметр 1200 мм, число труб 1083 одноходовой.

F = π∙ d_ср∙ n∙L = 3,14∙0,023∙1083∙6 = 469 м²

Запас площади:

%=5,9 %, запас достаточен. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3 Гидравлический расчет. 

Гидравлическое  сопротивление трубного пространства по [3  с.34]:

где L – длина труб;Z – число ходов;d– внутренний диаметр труб;ρ₂ - плотность смеси;

                               L = 6 м; Z = 1; d = 0,021 м; ρ₂ = 997 кг/м²

 

S_тр– площадь одного хода по трубам [3, стр. 25]; - скорость в трубах;

S_тр= 0,375 м²;

,

где d_тр.ш – диаметр штуцеров к трубному пространству [3, табл. II.8].

                                                   d_тр.ш = 0,35 м

λ– коэффициент трения:

где е = ∆/d – относительная шероховатость труб;∆ – высота выступов шероховатостей;

                                                    ∆ = 0,2 мм

Тогда

      Число рядов труб, омываемых  водой в межтрубном пространстве округлим в большую сторону: m = 20.

      Число сегментных перегородок  x = 8. 

      

где d_мтр.ш– диаметр штуцеров к кожуху [3, табл. II.8];ρ₁– плотность насыщенного пара [2, табл. LVII].

d_мтр.ш = 0,35 м; ρ₁ = 738,9 кг/м³

      Скорость воды в наиболее узком сечении межтрубного пространства площадью S_мтр = 0,179 м² [3, табл. II.3], равна

      Сопротивление межтрубного пространства

      

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                    4 Конструктивный расчет 

     Диаметр штуцера для входа  и  выхода  смеси: 

      

,

      по [3, табл.2.6] принимаем  d₂=400 мм.

      где W = 0,5 м/с – скорость потока приняли по [2, с.17];

      Диаметр штуцера для входа  греющего пара:

      

,

        принимаем d_1y = 100 мм.

        Диаметр штуцера  для слива смеси:

      

      по [3, табл.2.6] принимаем  d_1x=100 мм.

где ρ_1x=738,9 кг/м³ – плотность смеси;w=0,5 м/с – скорость потока при движении самотеком [2, с.17]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5 Механический расчет

 

      Материал  обечайки – сталь марки Х18Н10Т;

      Запас на коррозию С_к = 2 мм;

      Коэффициент сварного шва φ_ш = 0,95;

      Диаметр обечайки D = 1,2 м;

      Допускаемое напряжение для стали марки Х18Н10Т при 65 °С

σ_д = 121 МН/м² [3, рис. IV.1];

      Теплообменник работает под внутренним избыточным давлением 

р = 0,4 МПа. 

1. Расчет  толщины обечайки

  Толщина обечайки с учетом запаса на коррозию и округления равна:

      Принимаем δ = 10 мм

Должно  выполняться условие 

<0,1   (Условие  выполняется 0,0025<0,1)

      Допускаемое избыточное давление в обечайке:

 

2. Расчет  толщины днища

Выбираем  эллиптическое днище.

Толщина днища равна:

      Должно  выполняться условие

<0,125   (Условие  выполняется 0,0025<0,125)

3. Расчет  фланцевого соединения

 

Расчетное растягивающее усилие в болтах:

,

где - средний диаметр уплотняющей прокладки;

 мм

- расчетная  сила осевого сжатия;

- эффективная  ширина прокладки;

Если  b₀ ≤ 1см, то  b = 0,02;

- коэффициент  прокладки из паронита  ПОН-1; - рабочее давление.

Диаметр болтовой окружности

,

где - внутренний диаметр фланца

Расчетный диаметр болтов:

,

принимаем

- наружный диаметр сварного шва на фланце

Число болтов

,

принимаем

где - площадь сечения болта по внутреннему диаметру резьбы;

  - допускаемое напряжение на растяжение в болтах.