23 02 17sol

Pagina 1

Andrea Landella POLITECNICO DI MILANO 1 IMPIANTI CHIMICI – TEMA D’ESAME 23 FEBBRAIO 2017 (RISULTATI NUMERICI PER M4 = 8, M6 = 9) Abbiamo uno scambiatore a fascio tubiero da 180 tubi, ciascun tubo avente Di = 0.040 m e De = 0.048 m, quindi spessore di s = 0.004 m e lunghi 7 m. Nei tubi passano 20 kg/s di acqua in pressione (70 bar) a 125°C, mentre nel mantello entrano fumi di processo alla temperatura di 180°C pari a: 39.3375 kg/s 46 fum 1 +M + 2M= 39 + 0.1 = 8W Si sa che il calore specifico di acqua e fumi è indipendente dalla temperatura e pari a Cp,acq = 4.20 kJ/(kg K) e Cp,fum = 1.10 kJ/(kg K), la conducibilità termica del metallo è K = 20 W/(m K) e i coefficienti liminari di scambio all’interno ed esterno dei tubi sono uniformi e pari a hint = 2000 W/(m2 K) e hext = 600 W/(m2 K). Dai dati a disposizione si nota che i problemi successivi sono detti di “verifica” o “simulazione” perché la geometria delle apparecchiature è nota. Risoluzione punti 1 e 2. La potenza termica trasferita e le temperature uscenti (3 incognite) si possono ricavare risolvendo un sistema non lineare dei flussi termici oppure ricorrendo al metodo η-NTU equivalente, questo sia in equicorrente che in controcorrente. Il primo metodo è più immediato, anche qui serve capire la tipologia di scambiatore, perché il ΔTML cambierà di conseguenza. A parte ciò, si può scrivere un sistema disaccoppiato, perché Q è una incognita che non appare nelle equazioni di continuità dei flussi termici: ( ) ( ) ( ) ( ), , ( ) ( ) ( ) ( ) Δ H H C C H in out C out inH C H H out out H in out CC C out in ML WC T T WC T TT T Q Q WC T T WC T T US T  − = −→  = − −= Il secondo metodo comprende la seguente scaletta: a. Si identifica il tipo di scambiatore (se equicorrente o controcorrente), considerandolo non più come un…