Исходные данные:

Количество паров воды для конденсации G1 = 3,93 кг/с; удельная теплота парообразования смеси (толуола) r1 = 362,5 кДж/кг при температуре кипения tк = 110ºС. В качестве теплоносителя использовать водяной пар с абсолютным давлением 5 кгс/см2. Влияние примеси бензола на теплоотдачу не учитывать.

Тепловая нагрузка аппарата:

Q = G1 · r1 = 3,93 · 362,5·103 = 1424,63·103 Вт

Расход воды:

G2 = ,

где r2=2117·103 Дж/кг – удельная теплота парообразования водяного пара при температуре конденсации tконд=151,1 ºС

Средняя разность температур:

Примем ориентировочный коэффициент теплопередачи от конденсирующего пара к воде (конденсатор) (4, табл. 3) Кор = 1000 Вт/м2·К, тогда требуемая площадь поверхности теплообменника:

Поверхность, близкую к ориентировочной имеет теплообменник с высотой труб Н=2,0 м и диаметром кожуха D=0,6 м и поверхностью теплообмена F=40 м2. Испарители могут быть только одноходовыми, с диаметром труб d=25x2 мм.

Проведу уточненный расчет:

,

где ρ1=777 кг/м2 ; λ1=0,116 Вт/(м ·К); μ=0,251 ·10-3 Па·с; σ1=18,35·10-3 Н/м - физико-химические характеристики жидкого толуола при tкип=110ºС

Значение коэффициента b определяется по формуле:

,

где ρп – плотность паров толуола, при tкип=110ºС

Коэффициент теплоотдачи для пара, конденсирующегося на наружной поверхности труб высотой Н, определяется:

,

где ρ2=932 кг/м2 ; λ2=0,683 Вт/(м ·К); μ2=0,207 ·10-3 Па·с – физико-химические характеристики конденсата воды при tконд=132,9ºС

Сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений:

,

где - толщина стенки, мм;

λст – теплопроводность нержавеющей стали, λст =17,5 Вт/(мК)

Коэффициент теплопередачи:

Удельная тепловая нагрузка:

откуда

Это уравнение решается графически, задаваясь значением q. В качестве первого приближения принимается ориентировочное значение удельной тепловой нагрузки:

q=40000 Вт/м2 у =2,55

q=38000 Вт/м2 y =0,93

q=37000 Вт/м2 y =0,15

при у=0 q=36800 Вт/м2

Требуемая поверхность F=1424630/36800=38,71 м2

Выбранный из каталога теплообменник с F=40 м2; D=600 мм; Z=1; n=257; H=2,0 м; d=25x2 мм подходит, так как присутствует запас поверхности.