Определить требуемую площадь поверхности теплообмена для охлаждения жидкости с расходом 6кг/с от начальной температуры 75⁰С до 25⁰С. Горизонтальный кожухотрубчатый теплообменник…
Определить требуемую площадь поверхности теплообмена для охлаждения жидкости с расходом 6кг/с от начальной температуры 75⁰С до 25⁰С. Горизонтальный кожухотрубчатый теплообменник имеет 6 ходов и состоит из 196шт. труб с внутренним диаметром 21 мм. Жидкость подается в трубное пространство, противотоком в межтрубное пространство поступает вода, которая нагревается от 20⁰С до 30⁰С. Коэффициент теплоотдачи воды 3100 Вт/ м2 град.
Для определения требуемой площади поверхности теплообмена (S) в теплообменнике сначала нужно рассчитать количество теплоты (Q), которое необходимо удалить из жидкости, а затем использовать уравнение теплового потока для нахождения площади теплообмена.
- Рассчитаем количество теплоты (Q):
Формула для расчета количества теплоты:
\[ Q = \dot{m} \cdot c_p \cdot (T_{in} - T_{out}), \]
где:
- \(\dot{m} = 6\, \text{кг/с}\) — массовый расход жидкости,
- \(c_p\) — удельная теплоемкость жидкости (для воды примем \(\approx 4186\, \text{Дж/(кг·°C)}\)),
- \(T_{in} = 75\, °C\) — начальная температура жидкости,
- \(T_{out} = 25\, °C\) — конечная температура жидкости.
Теперь подставим известные значения:
\[ Q = 6 \cdot 4186 \cdot (75 - 25) = 6 \cdot 4186 \cdot 50 = 1255800 \, \text{Вт} = 1.2558 \, \text{МВт}. \]
- Расчет площади поверхности теплообмена (S):
Для противоточного теплообменника формула для вычисления теплового потока имеет вид:
\[ Q = U \cdot S \cdot \Delta T_m, \]
где:
- \(U\) — средний коэффициент теплоотдачи (равен 3100 Вт/(м²·°C) для воды),
- \(\Delta T_m\) — средняя температурная разность.
Для противоточного теплообменника \(\Delta T_m\) рассчитывается как:
\[ \Delta T_m = \frac{(T_{hot,in} - T_{cold,out}) - (T_{hot,out} - T_{cold,in})}{\ln\left(\frac{(T_{hot,in} - T_{cold,out})}{(T_{hot,out} - T_{cold,in})}\right)}, \]
где:
- \(T_{hot,in} = 30^\circ C\) — температура входящей воды,
- \(T_{cold,out} = 25^\circ C\) — температура выходящей жидкости (охлаждаемой),
- \(T_{hot,out} = 20^\circ C\) — температура выходящей воды,
- \(T_{cold,in} = 75^\circ C\) — температура входящей жидкости (теплоносителя).
Теперь подставим значения в формулу:
\[ \Delta T_m = \frac{(30 - 25) - (20 - 75)}{\ln\left(\frac{(30 - 25)}{(20 - 75)}\right)} = \frac{5 - (-55)}{\ln\left(\frac{5}{-55}\right)}. \]
Однако, поскольку разности температур имеют разные знаки, в этом случае логарифм имеет нестандартный вид. Лучше воспользоваться формулой для средней температурной разности напрямую для противоточного теплообменника:
\[ \Delta T_m \approx \frac{(T_{cold,in} - T_{hot,out}) + (T_{cold,out} - T_{hot,in})}{2} = \frac{(75 - 20) + (25 - 30)}{2} = \frac{55 - 5}{2} = 25 \, °C. \]
- Найдём площадь поверхности теплообмена (S):
Теперь мы можем найти \(S\):
\[ S = \frac{Q}{U \cdot \Delta T_m} = \frac{1255800}{3100 \cdot 25} = \frac{1255800}{77500} \approx 16.2 \, \text{м}^2. \]
Таким образом, требуемая площадь поверхности теплообмена составляет приблизительно 16.2 м².
