TERMICO 2 : APPARECCHIATURE VARIE-

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1 ESERCIZI su SCAMBIO TERMICO parte 2 : APPARECCHIATURE VARIEversione#B1 - Prof. A.Tonini [da svolgere anche col programma del Prof. - FASCTUB_1A.xls] 1- ESERCIZI GENERALI: ES.A COEFFICIENTE GLOBALE U C SCAMBIATORE tubo in tubo - APPARECCHIATURA: diametro interno Di=29,718 mm, esterno De=33,018 mm; coefficienti hi=800w/m2 C e he=500w/m2 C. Determinare coeff.tubo pulito U C. U C = 1/(1/heAe + 1/hiAi); riferendosi alla superficie esterna tubo interno Ae avremo U C = 1/( Ae/heAe + Ae/hiAi) = 1/(1/he + De/hiDi)= 295,1 W/m2 C; se De/Di 1 trascurabile, U C =307,7 W/m2 C ES.B CALCOLO TML - FLUIDO CALDO: Ti=350 C, Tu=280 C; FLUIDO FREDDO: Ti=180 C, Tu=260 C. determinare DTML nel caso (a)equicorrente, (b)controcorrente. Tml= ( T1- T2)/ln ( T1/ T2) (a) equicorrente: T1= = 170 C; T2= =20 C; Tml= 70,1 C; (b)controcorrente: T1= = 90 ; T2= = 100 ; Tml=94,9 C A pari condizioni la superficie di scambio è minore per la controcorrente, maggiore è la quantità di calore scambiata. ES.C CALCOLO DTML E SUPERFICI PER EQUI-CONTROCORRENTE FLUIDO CALDO (A): Tai=220 Tau=120 C; FLUIDO FREDDO (B): Tbi=20 Tbu=60 C; flusso di calore scambiato Q=200kW; coeff.globale di scambio U=1400 W/m2 C=1,4kW/m2 C; determinare DTML e Superficie per equi e controcorrente. caso(1) equicorrente: T1=220-20=200 ; T2=120-60=60 ; Tml=( T1- T2)/ln ( T1/ T2) =116,3 C; Sup = Q /U Tml= 1,23 m2; caso(2) controcorrente: T1=220-60=160 ; T2=120-20=100 ; Tml=( T1- T2)/ln ( T1/ T2) =127,7 C; Sup = Q /U Tml= 1,12 m2. ES.D COEFFICIENTE GLOBALE U D SCAMBIATORE kerosene-acqua - FLUIDO caldo (K): h K =700 W/m2 C; resist.sporco Rd K =4,5 E-4 m2 C/W; -tubo interno- FLUIDO freddo (A): h A =500 W/m2 C; resist.sporco Rd A =2,5 E-4 m2 C/W -tubo esterno; determinare U C e U D. [N.B.:De/Di 1 trascurabile] U C =1/(1/h K +1/h A ) = 291,7 W/m2 C; Rtot.= 7 E-4 m2 C/W; U D = U C /(1+(Rd K +Rd A )xuc) = 242,2 W/m2 C.

2 2 SCAMBIATORI DI CALORE: FASCIO TUBIERO E VARI ES.1 SCAMBIO TERMICO scambiatore a fascio tubiero olio-olio Uno scambiatore a fascio tubiero scambia calore tra due fluidi con le seguenti caratteristiche: OLIO CALDO (A): portata F A =2500 kg/h, cal.specif.c A =2,26 KJ/Kg C, ingresso T A i=300 C uscita T A u=200 C, coeff.h A =1320 W/m2 C; OLIO FREDDO (B): portata F B =4500kg/h, C B =2,51 kj/kg C, T B i=50 C, coeff. h B =1100W/m2 C. APPARECCHIATURA: tubi L=1,2 m; Dint=16,56mm; Dest=19,05mm; Ft=1; RdA=RdB=0,172 m2 C/kW, per ciascun fluido; Determinare la temperature di uscita dell OLIO B, la potenza termica Q, coeff.di scambio Ud, DTML la superficie e il N tubi per i casi (1)equicorrente (2)controcorrente. [ Tml= ( T1- T2)/ln ( T1/ T2)] Q = F A c A (Ti Tu) A /3600= 156,94 kw; T B u= T B i + Q x 3600/(F B xc B ) = 100 C; tubo: s=(de-di)/2=0,0012m;sup.tubo= L (De+Di)/2 = 0,0671m2; U C =1/(1000*(1/hB+1/hA)= 0,600kW/m2 C; U D = U C /(1+(RdA+RdB)U C )=0,4983 kw/m2 C; caso (1)controcorr. - T1= = 200 C; T2= =150 C; Tml= 173,8 ; Q = U Sup Ft Tml; Sup.totale=1,81m2; N tubi=sup/sup.tubo= 28. caso (1)equicorr. - T1= = 250 C; T2= =100 C; Tml= 163,7 ; Q = U Sup Ft Tml; Sup.totale=1,92m2; N tubi=sup/sup.tubo= 29. ES.2 SCAMBIO TERMICO scambiatore a fascio tubiero ETANOLO-ACQUA. DATI FLUIDO CALDO ETANOLO: F E =3945 kg/h, c E =2,675kJ/kg C, Ti=60 Tu=40 C, h E =617,44W/m2 C. DATI FLUIDO FREDDO ACQUA: F A =4207,7 kg/h, c A =4,18kJ/kg C,Ti=20 C, h A =971W/m2 C. APPARECCHIATURA: lunghezza tubi L=1,2m, Di=23 mm, De=27 mm, Ft=1,Rd=0,86m2 C/kW. Determinare Tuscita acqua, Area di scambio e N tubi.(trascurabile contributo conduttivo) Q = F E c E (Ti Tu) E /3600= 58,63 kw; T A u= T A i + Q x 3600/(F A xc A ) = 32 C; T1= 60-32= 28 C; T2= 40-20=20 C; Tml= ( T1- T2)/ln ( T1/ T2) = 23,78; tubo: s=(de-di)/2=0,002m;sup.tubo= L (De+Di)/2 = 0,0942m2; U C =1/(1000*(1/hE+1/hA + s/k))= 0,38kW/m2 C; U D = U C /(1+RdU C )=0,285 kw/m2 C; Q = U Sup Ft Tml; Sup.totale=8,65m2; N tubi=sup/sup.tubo= 92. ES.3 SCAMBIO TERMICO scambiatore a fascio tubiero TOLUOLO-ACQUA Uno scambiatore a fascio tubiero scambia calore tra due fluidi: FLUIDO CALDO TOLUOLO:portata F TO =10 m3/h ( =870 Kg/m3), cal.spec.c=1,672 KJ/Kg C,Ti=78 C ; h TO =860,5W/m2 C; FLUIDO FREDDO ACQUA: F aq =11,658 m3/h, ( =1000 Kg/m3), caq= 4,18 kj/kg C,Taqi=18 C Taqu= 28 C; haq=1941,9 W/m2 C APPARECCHIATURA: tubi L=1,2 m; Dint=16,56mm; Dest=19,05mm; Ft=1; Rd=0,602 m2 C/kW; Determinare la temperature di uscita del primo fluido e il coefficiente di scambio Ud e il N tubi. F TO =8700Kg/h; Faq=11658 Kg/h; potenza termica Q = Faq caq (Ti Tu)/3600 = 135,36 kw; Tuscita toluolo: T TO u= T TO i- Qx3600/(F TO c TO )= 44,5 C; T1= = 50 C; T2= 44,5-18 = 26,5 C; Tml= ( T1- T2)/ln ( T1/ T2)= 37,01 C; U C =1/(1000(1/hT+1/hA )) = 0,5963 kw/m2 C; U D = U C /(1+RdU C )= 0,4388 W/m2 C; Q = U Sup Tml; Sup = 8,33 m2; Sup tubo=3,14l(dest+dint)/2= 0,0671 m2; N tubi= Sup/Sup tubo = 125 tubi. ES.4 SCAMBIO TERMICO scambiatore preriscaldatore di distillazione L alimentazione F di una colonna di distillazione viene preriscaldata in uno scambiatore a fascio tubiero operante in controcorrente con il prodotto di coda W: PRODOTTO DI CODA W: F W = 0,45 Kg/s Twi=115 C Twu=35 C,cal.spec.Cw=2,3 KJ/Kg C; ALIMENTAZIONE F: Tfi= 21 C, Tfu=85 C, Cf=2,8 KJ/Kg C. APPARECCHIATURA: coefficiente globale di scambio U=1,5 KW/m2 C; Calcolare la superficie di scambio dello scambiatore, ilprofilo delle temperature e la portata F. W=1620 kg/h; Q = W x Cw x (Twi Twu)/3600 = 82,8 KW; F= Qx3600/(2,8x(85-21))=1663,4 kg/h ; T1=115 85=30 C; T2=35 21 =14 C; Tml=( T1- T2)/ln ( T1/ T2)=20,99 C; Q =UxSup.x Tml; Sup. = 2,63 m 2.

3 ES.5 SCAMBIO TERMICO scambiatore preriscaldatore di distillazione TEMA ESAME 06 L alimentazione di una colonna di distillazione viene preriscaldata in uno scambiatore a fascio tubiero in controcorrente con il prodotto di coda in uscita dalla colonna: PRODOTTO DI CODA W: F W =0,30 kg/s (1080 kg/h); Twi=95 C; cal.specif.cw=3,2 KJ/Kg C; ALIMENTAZIONE F: F =0,50 Kg/s (1800kg/h); Tfi= 30 C, Tfu=60 C, Cf=3,2 KJ/Kg C; APPARECCHIATURA: coefficiente globale di scambio U=1,2 KW/m2 C; Con questi dati calcolare la temperatura Twu, la superficie di scambio eil profilo delle temperature. potenza termica Q = Fcp(Tfi Tfu)= F W c W (Twi Twu); Q= 1800x3,2x(60-30)/3600=48 kw; Twu=Twi- Qx3600/(Fwcw)= 45 C; T1= = 35 C; T2= = 15 C; Tml= ( T1- T2)/ln ( T1/ T2) = 23,6 C ; Q = U Sup Tml; Sup = 1,69 m2. ES.6 SCAMBIO TERMICO scambiatore riscaldatore - TEMA ESAME 11 Un composto organico viene riscaldato in uno scambiatore a fascio tubiero con vapore di rete: VAPORE: temperatura Tv=135 C; calore di condensazione H= 2200 kj/kg; COMPOSTO ORGANICO: portata Fc =0,50 Kg/s=1800 kg/h, Cc=1,85 KJ/Kg C; Tci= 35 C, Tcu=125 C; APPARECCHIATURA: coefficiente globale U=1,75 KW/m2 C; Calcolare la potenza termica scambiata, la portata di vapore V, la superficie di scambio. potenza termica scambiata Q = Fc cp (Tfi Tfu)= 83,25 kw (ovv.kj/s); vapore di rete V = Q/ H=83,25 x 3600/2200=136,23 kg/h; T1= = 100 C; T2= = 10 C; Tml= ( T1- T2)/ln ( T1/ T2) = 39,1 C; superficie di scambio: Q = U Sup Tml; Sup = 1,22 m2. ES.7 SCAMBIO TERMICO - scambiatore refrigeratore - TEMA ESAME 05 Il prodotto organico uscente dal fondo di una colonna di rettifica continua viene refrigerato con acqua prima di essere inviato allo stoccaggio. Calcolare l area dello scambiatore di calore e la portata di acqua refrigerante. PRODOTTO ORGANICO W: F W = 0,45 kg/s =1620 kg/h; cal.specif. C W = 2,3 kj/(kg C); T W i = 115 C, T W u= 35 C; ACQUA: Tai = 21 C, Tau = 85 C, Ca = 4,18 kj/(kg C); APPARECCHIATURA: coefficiente globale di scambio Utot = 1,5 kw/(m2 C). potenza termica Q = Faq cp (Taf Tai)= Lcp (Ti-Tf); Q =0,45x2,3x(115-35)= 82,8 kw; Faq=Q/(cp (Taf Tai))=0,31 Kg/s= 1116kg/h; T1= = 30 C; T2= = 14C; Tml= ( T1- T2)/ln ( T1/ T2)= 21 C; Sup = Q/(U Tml) = 2,63 m2. ES.8 SCAMBIO TERMICO CONDENSATORE TEMA ESAME 10 Un condensatore di una colonna di distillazione funziona con le seguenti caratteristiche: portata di vapore distillato da condensare V= 5,5 Kmoli/h; contenuto termico del vapore H=31,387 KJ/mol, condensante alla temperatura T= 80 C. Sapendo che nel condensatore l acqua (cal.specif 4,18 KJ/Kg C) entra a 15 C ed esce a 45 C e che il coefficiente globale del condensatore è U=1,16 KW/m2* C, determinare la superficie del condensatore e la portata d acqua. potenza termica Qcond = H x V=31387 x 5,5/3600 = 47,94 KW (KJ/s); Qcond = F H2O x C x (45-15); F H2O = 47,95 x 3600 /(4,18 x 30) = 1376,3 Kg/h; T1= 80 15= 65; T2= = 35; Tml= ( T1- T2)/ln ( T1/ T2)= 48,46 C; Sup.= 47,95/(1,16 x 48,46) = 0,85m 2 ES.8_B SCAMBIO TERMICO CONDENSATORE simil TEMA ESAME 10 Un condensatore di una colonna di distillazione funziona con le seguenti caratteristiche: VAPORE DA CONDENSARE: portata F V = 1200 kg/h, calore di condensaz. H=1800 KJ/kg, T= 84 C ; ACQUA REFRIGERANTE: cal.specif caq=4,18 KJ/Kg C, ingresso Taqi=21 C,uscita Taqu=40 C; APPARECCHIATURA: coeff.globale Uc=2,5 KW/m2 C,coeff.sporcamento Rd=0,1 2 C/kW; determinare la potenza termica, la superficie del condensatore e la portata d acqua. potenza termica Qcond = H x F V =1200 x 1800/3600 = 600 KW (KJ/s); Qcond = F aq x C aq x(40-21); F aq = 600 x 3600 /(4,18 x19) = 27197,2 Kg/h; U D =U C /(1+RdU C )=2 kw/m2 C T1= 84 21= 63; T2= 84 40= 44; Tml=( T1- T2)/ln ( T1/ T2)=53 C; Sup.= 600/(2 x 53) = 5,7m 2

4 ES.8_C SCAMBIO TERMICO CONDENSATORE a fascio tubiero - Vapore uscente da concentratore, da condensare con fascio tubiero delle seguenti cartteristiche: VAPORE DA CONDENSARE: portata F V = 400 kg/h, calore di condensaz. H=2090 KJ/kg, T= 100 C ; ACQUA IND.LE: cal.specif caq=4,18 KJ/Kg C, ingresso Taqi=20 C,uscita Taqu=30 C; APPARECCHIATURA: coeff.globale Uc=1,395 KW/m2 C; determinare la potenza termica, la portata d acqua e la superficie del condensatore. potenza termica Qcond = H x F V =2090 x 400/3600 = 232,22 KW (KJ/s); Qcond = F aq x C aq x(30-20); F aq = 232,22 x 3600 /(4,18 x10) = Kg/h; U D =U C =1,395 kw/m2 C T1=100 20=80 ; T2=100 30=70 ; Tml=( T1- T2)/ln( T1/ T2)=74,9 C; Sup.=232,22/(1,395x74,9) = 2,22m 2 ES.8_D SCAMBIO TERMICO CONDENSATORE a miscela - Vapore uscente da concentratore, da condensare con cond. a miscela delle seguenti cartteristiche: VAPORE DA CONDENSARE: portata F V = 400 kg/h, calore di condensaz. H=2090 KJ/kg, T= 100 C ; ACQUA IND.LE: cal.specif caq=4,18 KJ/Kg C, ingresso Taqi=20 C; determinare la potenza termica, la portata d acqua minima per condensare il vapore. Qcond = H x F V =2090 x 400/3600 = 232,22 KW (KJ/s); la portata d acqua minima per condensare il vapore si ottiene con uscita acqua e condensa a Taqu=100 C: Qcond = F aq x C aq x(100-20); F aq = 232,22 x 3600 /(4,18 x80) = 2500 Kg/h; con Taqu=90 C si avrebbe Faq=2857 kg/h! ES.9 SCAMBIO TERMICO scambiatore a fascio tubiero acqua-ccl4- Caratteristiche e dati: FLUIDO CALDO (CCl4): portata F C =300kg/h, cal.spec. C C =0,95KJ/Kg C, T C i=60 C, T C u=30 C; ACQUA (A): C A =4,18 kj/kg C, T A i=20, T A u=25 C. Determinare la portata di acqua, la potenza termica,il DTML per i casi equi e controcorrente. [ Tml= ( T1- T2)/ln ( T1/ T2)] pot.term.q =F C c C (T C u T C i)/3600=2,38 kw; Faq=Qx3600/(c A (Tau Tai))= 409,1kg/h; caso (1) equicorrente: T1=60-20=40 C; T2=30-25=5 C; Tml=16,83 ; caso (2) controcorr.: T1= 60-25= 35 C; T2= 30-20=10 C; Tml= 19,96 ; ES.10 SCAMBIO TERMICO scambiatore preriscaldatore di distillazione - kerosene -olio L alimentazione F O di una colonna di distillazione viene preriscaldata in uno scambiatore a fascio tubiero operante in controcorrente con il prodotto di coda FLUIDO kerosene W: portata W= Kg/h (=5kg/s), Twi=200 C Twu=90 C Cw=2,47 KJ/Kg C;h W =920 W/m2 C, Rd w =0,0002m2 C/W; FUIDO ALIMENTAZIONE OLIO: F O =64800kg/h (=18kg/s), T O i= 38 C C O =2,05 KJ/Kg C,h O =690 W/m2 C, Rd O =0,0003 m2 C/W. Calcolare temperatura di uscita olio, superficie di scambio dello scambiatore, portata di alimentazione F. Q = F W Cw (Twi Twu) =F O C O (T O u T o i); Q = 18000x2,47x(200-90)/3600=1358,5 KW; T O u= T O i + Qx3600/(F O C O ) = 74,82 C; T1= ,82 = 125,2 C; T2= = 52 C; Tml= ( T1- T2)/ln ( T1/ T2)= 83,3 C; U C =1/(1000*(1/h W +1/h O ) =0,3943kW/m2 C; U D =Uc/(1+RdUc)= 0,329,4 kw/m2 C; Q = U x Sup. x Tml; Sup. = 49,52 m 2.

5 ES.11 SCAMBIO TERMICO scambiatore riscaldatore vapore-olio Scambiatore funzionante con le seguenti caratteristiche: VAPORE : pressione 25 bar, T V =224 C, H COND =1840 kj/kg; OLIO: F O =54000kg/h (=15kg/s), T O i=20 T O u=200 C, c O =2,6 kj/kg C; APPARECCHIATURA: tubi lunghezza L=3m,Dest.=38,12mm; U D = 5 kw/m2 C; determinare la potenza termica, la portata di vapore, la superficie di scambio, il N tubi. Q= F O c O T O /3600 =7020 kw; F V =Qx 3600/ H COND =13735 kg/h (=3,815kg/s); T1=224-20=204 ; T2= =24 ; T ML =84,11 C; Sup.tot=Q/(UD T ML )=16,7 m2; Sup.tubo= De L=0,359m2; N tubi = Sup.tot/Sup.tubo = 47. ES.12 SCAMBIATORE TUBO-TUBO hairpin. scambiatore raffreddatore olio-acqua OLIO CALDO: F O =0,4 kg/s=1440kg/h;c O =2,13 kj/kg C;T O i=100 T O u=60 C;ho=5048W/m2 C; ACQUA FREDDA: F A =0,3kg/s=1080kg/h;c A =4,18kJ/kg C; Tai=25 C;ha=4225W/m2 C; APPARECCHIATURA:L=2x4=8m; tubo piccolo De=15,87mm; Rd=0,001m2 C/W; Determinare potenza termica Tau TML UD Sup. N tubi. Q= F O c O T O /3600 =34,1 kw; Tau=Tai + (Qx3600)/( F A c A )=52,2 C; T1=100-52,2=47,8 ; T2=60-25=35 ; T ML =( T1- T2)/ln ( T1/ T2)= 41,1 C; U C =1/(1000*(1/h A +1/h O ) =2,300 kw/m2 C; U D =Uc/(1+RdUc)= 0,697 kw/m2 C; Sup.tot=Q/(U D T ML )=1,19 m2; hairpin Sup H = De L=0,4m2; N Hairpin = Sup.tot/Sup H = 3. ES.13 SCAMBIATORE TUBO-TUBO hairpin. scambiatore raffreddatore etilbenzene-acqua ETILBENZENE (E): F E =2000kg/h;c E =1,96 kj/kg C;T E i=80 T E u=35 C;hE=1752W/m2 C; ACQUA DI MARE (A): F A =4000kg/h;c A =4,18kJ/kg C; Tai=20 C;ha=5091W/m2 C; APPARECCHIATURA:L=2x3=6m; tubo piccolo De=31,7mm; Rd=0,26m2 C/W; Determinare potenza termica Tau TML UD Superficie, N tubi. Q= F E c E T E /3600 =49 kw; Tau=Tai + (Qx3600)/( F A c A )=30,55 C; T1=80-30,55 =49,45 ; T2=35-20=15 ; T ML =( T1- T2)/ln ( T1/ T2)= 28,9 C; U C =1/(1000*(1/h A +1/h E ) =1,303 kw/m2 C; U D =Uc/(1+RdUc)= 0,9735 kw/m2 C; Sup.tot=Q/(U D T ML )=1,74 m2; hairpin Sup H = De L=0,597m2; N Hairpin = Sup.tot/Sup H = 3. ES.14 SCAMBIATORE TUBO-TUBO hairpin. scambiatore raffreddatore LIQ.ORGANICO (L): F L =6000kg/h;c L =2,51 kj/kg C;T L i=180 T L u=80 C;hL=1860,5W/m2 C; ACQUA IND.LE(A): c A =1,672kJ/kg C; Tai=20 C;Tau= 50 C; ha=2325,6 W/m2 C; APPARECCHIATURA:L=2x2=4m; tubo piccolo De=5 cm, s=1cm; RdL=0,129m2 C/W; RdA=0,0688m2 C/W Determinare potenza termica Q, Faq, TML, UD, Superficie, N tubi per controcorr/equicorrente. Q= F L c L T L /3600 =418,33 kw; Faq=(Qx3600)/( T A c A )=30023,9 Kg/h; U C =1/(1000*(1/h A +1/h L )=1,0336 kw/m2 C; U D =Uc/(1+(RdL+RdA)Uc)= 0,8582 kw/m2 C; CONTROCORR: T1= =130 ; T2=80-20=60 ; T ML =( T1- T2)/ln ( T1/ T2)= 90,53 C; Sup.tot=Q/(U D T ML )=5,38 m2; hairpin Sup H = De L=0,628m2; N Hairpin = Sup.tot/Sup H = 9. EQUICORR: T1=180-20=160 C; T2=80-50=30 C; Tml=77,66 ;Sup.tot=6,28m2; N Hairpin = Sup.tot/Sup H = 10.

6 ES.15 SCAMBIATORE TUBO-TUBO hairpin. scambiatore raffreddatore LIQ.PROCESSO (L): F L =100kg/h;c L =6,27 kj/kg C;T L i=120 T L u=40 C;hL=1860,5W/m2 C; ACQUA IND.LE(A): c A =4,18kJ/kg C; Tai=18 C;Tau=30 C; ha=2325,6 W/m2 C; APPARECCHIATURA: Sup Hairpin=2x0,02=0,04m2; Ud=0,5814kW/m2 C Determinare potenza termica Q, Faq, TML, UD, Superficie, N tubi per controcorrente/equicorrente. Q= F L c L T L /3600 =13,93kW; Faq=(Qx3600)/( T A c A )=1000 Kg/h; U D = 0,5814 kw/m2 C; CONTROCORR: T1= =90 ; T2=40-18=22 ; T ML =( T1- T2)/ln ( T1/ T2)= 48,27 C; Sup.tot=Q/(U D T ML )=0,5 m2; hairpin Sup H 0,04m2; N Hairpin = Sup.tot/Sup H = 13. EQUICORR: T1=120-18=102 C; T2=40-30=10 C; Tml=39,61 ;Sup.tot=0,6m2; N Hairpin = Sup.tot/Sup H = 15. ES.16 SCAMBIATORE ACQUA-ARIA Determinare potenza termica, aria uscita Tau, TML, portata di aria, superficie di scambio nell apparecchiatura con le seguenti caratteristiche: ACQUA DA RAFFREDDARE:Faq=10kg/s (=36000kg/h);caq=4,18kJ/kg C; Taqi=55 Taqu=45 C; ARIA FREDDA: F V a=25m3/s;tai=24 C (297K),ca=1,05 kj/kg C; APPARECCHIATURA: U D =45W/m2 C; ARIA- calcolo della portata (gas perfetti): p.m.m A =29,46 kg/kmol;r=8,31 kj7kmolk; T=297K; p=101,325 kn/m2; pv=nrt ovv. pf V a=f N RT, in moli F N =F V a M A, portata aria F A =(pf V a M A )/(R T)= 30,5 kg/s (=109800kg/s); Q= Faq caq Taq=10 x4,18x10= 418 kw; Tau=Tai + Q/(30,5x1,05) = 37,1 C; T2=55-37,1=17,9 ; T1=45-24=21 ; T ML =( T1- T2)/ln ( T1/ T2)= 19,41 C; Sup.tot=Q/( T ML U D /1000)=479 m2 Es.17 SCAMBIO TERMICO IN REATTORE A CAMICIA TEMA ESAME 07 reattore discontinuo agitato a Tr = 90 C costante; potenza termica richiesta dal reattore è Wt = 12 kw; riscaldamento con vapor d acqua (in serpentino) a Tv = 120 C che cede solo calore condensazione =ΔH = 2200 kj/kg; serpentino di riscaldamento esterno (vedi fig.): a percorso elicoidale, realizzato con metà di un tubo tagliato longitudinalmente e saldato sulla parete esterna del reattore; diametro del tubo d = 0,040 m; diametro esterno del rettore è D = 1,50 m. Coeff. globale scambio termico Ut = 0,5 kw/m2 C. Calcolare: a) portata vapore d acqua riscaldamento; b) area di scambio termico richiesta; c) lunghezza totale del serpentino che avvolge il reattore d) il numero approssimativo di spire di tubo avvolte sulla parete del reattore. Dati: Treattore= 90 C cost., diametro (ext.) D=1,5m; F V portata vap.riscaldamento Tv=120 C, v=2200 kj/kg; Qreattore= 12kW; serpentino a semitubo, d=0,04m; Utot = 0,5 kw/m2 C; soluzione: Qr = F V x ; portata vapore F V = 12/2200 = 0,0055 kg/s= 19,64 kg/h; Qr= Sup.x U x T ; T = Tv Tr = = 30 C; Sup = 0,8 m2; superficie semitubo Sup d x L= 0,8m 2 ; lunghezza semitubo L = 0,8/0,04 = 20 m; N spire di serpentino = L / D = 20/(3.14X1,5) 5 spire.

7 APPENDICI: TABELLE -