Предварительно  определяем ориентировочно ожидаемую  площадь поверхности теплопередачи  F_ор по уравнению теплопередачи: 

F_ор = Q/(К_ор* ∆t_ср) =523910 /(500*47,9) = 21,88 м². 

     где  К_ор – ориентировочное значение коэффициента теплопередачи, полученное практически для различных случаев теплообмена [3, табл . 3.4, с.159 ], Вт/(м²*К).

     Из  нескольких теплообменных аппаратов , имеющих площадь поверхности теплопередачи , близкую к нашему значению, следует в качестве первого варианта выбрать такой, который будет иметь необходимое значение Рейнольдса или скорости потока в трубном пространстве: 

w_ор = Re_ор μ /(dρ) 

     где  Re_ор -  ориентировочное значение критерия Рейнольдса;  d – внутренний диаметр труб теплообменника, м ; μ , ρ – соответственно вязкость, мПа*с, и плотность, кг/м³, воды

μ_в=0,56939мПа*с;

ρ_в=988,445кг/м³ 

w_ор = Re_ор μ /(dρ) 

w_ор=13000*0,56939*10^-3/0,021*988,445=0,36м/с 

     Внутренний  диаметр труб 25х2,0 равен 0,021 м.Для развитого трубного режима течения в трубках теплообменника следует принять                        Re_ор = 10000…..15000. Ламинарному режиму движения соответствует

Re_ор ˂ 2300. Зададимся числом Re_ор = 13000 

     Ориентировочное сечение трубного пространства S_ор для обеспечения желаемого режима теплоносителя в трубном пространстве равно  

S_ор = G / (ρ w_ор ) = 0,21/ (988,445*0,36) = 0,06*10^-2м² 

     где -  G – массовый расход воды, направляемого в трубное пространство, кг/с. 

     При этом число труб , приходящееся на один ход, составит

n/z = G / (0.785 d Re_ор μ) = 0,21 / 0.785*0.021*13000*0.56939*10^-3 = 2 

     где n – общее число труб теплообменника;  z -  число ходов в трубном пространстве.

     На  основании расчетов  F_ор,  S_ор, n/z, обеспечивающих заданный режим, по таблице [3, c 215 , табл.4.12] выбираем  вариант конструкции одноходового или многоходового кожухотрубчатого теплообменника . Наиболее близкое по значению у теплообменника с диаметром кожуха D = 600мм, диаметр труб 25х2 мм, длина труб 2,0м, число труб n= 198 , z = 6. 

n/z = 198/6 = 33

     Для выбранного варианта определяем скорость и критерий Рейнольдса  

Re_ор =  G z / d * n * μ = 0,21*6 / 0.021*33*0.56939*10^-3 = 3193

Re_ор =2300-10000 – переходный режим.

     Определяем  Nu, т.к. у нас переходный режим, то

Nu=0.008Re^0.9Pr^0.43

Pr = c μ / λ ;

Pr =4190*0.56939*10^-3/0.613=3.89 

Nu=0.008*3193^0.9*3.89^0.43=20.44 

     Коэффициент теплоотдачи  воды определим по уравнению : 

α₂  =  λ Nu / d = 0.613*20.44 / 0.021 = 596.65 Вт/м² * К 

     Коэффициент теплопередачи от пара, определим по уравнению при                t = 80,8°С  

α₁ = 3,78 * λ₁   =  3.78 * 0.164 Вт/м² * К 

где ;

λ_d = 0.164Вт/ м*К

ρ_d = 863.61 кг/м³

μ_d = 0.4753* 10^-3 Па*с

G_D = 0,79 кг/с. 
 

     Рассчитываем  уточненный коэффициент теплопередачи 

К = = 311.33 Вт/м²*К 

     Требуемая поверхность теплопередачи :  

F_ор = Q/(К_ор* ∆t_ср) = 523910/47.9*311.33 = 35 ≈ 16 м. 

     Из  [3, c 215 , табл.4.12] выбираем по поверхности теплопередачи такой же теплообменник , только длина труб составит 3,0 метра.  

     Библиографический список

1. Процессы  и аппараты химической технологии.  Учебно-методический комплекс. Составитель  С.К.Цветков. СПб 2010г.
2. .Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию под ред. Ю.И. Дытнерского. -М.: Химия,1987.
3. Павлов К.Ф., Романков П.Т., Косков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. -Л.: Химия,1987.
4. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1971.
5. .Справочник химика. Т2.- М-Л: Госхимиздат, 1963
6. Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии. Л.Химия 1991г.