Технологический расчет конденсатора. Температурная схема процесса

1.1 Температурная схема

Температурная схема процесса

78,3 – 78,3

10 40

; .

ºС.

Определим среднюю температуру этилового спирта

ºС.

Объемный расход этилового спирта

м³/с,

где ρ₁= кг/м³ – плотность этилового спирта при t₁=25ºС (таблица IV [1]);

G₁=1,2 кг/с – массовый расход бензола.

Расход теплоты на нагрев этилового спирта

Вт,

где с₁=2765,4 Дж/(кг·К) – средняя удельная теплоемкость этилового спирта при t₁=25ºС (рисунок XI [1]).

Расход воды

кг/с,

где с₁=1·4,19·10³ Дж/(кг·К) – средняя удельная теплоемкость бензола при t₁=30ºС (рисунок XI [1]);

1.2 Предварительный выбор конструкции теплообменника

Ориентировочно определяем максимальную величину площади поверхности теплообмена. Минимальное значение коэффициента теплопередачи для случая теплообмена от конденсирующегося водяного

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

пара к органическим жидкостям К_min=300 Вт/(м²·К) (таблица 4.8 [1]). При этом

Изм.

лист.

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

м².

Составляем схему процесса теплопередачи. Для обеспечения турбулентного течения бензола при Re>10000 скорость в трубах должна быть больше w'₁

м/с,

где μ₁=0,8007·10^-3 Па·с – динамический коэффициент вязкости воды при t₁=30ºС (таблица VI [1]);

d₁=0,021 м – внутренний диаметр труб;

ρ₁= кг/м³ – плотность воды при t₁=30ºС (таблица IV [1]).

Число труб 25х2 мм, обеспечивающих объемный расход бензола при Re=10000

.

Условию n<9,102 и F<6,226 удовлетворяет одноходовой теплообменник, наружным диаметром 159 мм с числом труб на один ход трубного пространства n=13.

1.3 Определение коэффициента теплоотдачи для воды

Уточняем значение критерия Рейнольдса Re

.

Критерий Прандтля для воды при средней температуре t₁=30ºС равен

,

где λ₁= – коэффициент теплопроводности воды при t₁=30ºС (рисунок Х [1]);

с₁=1·4,19·10³ Дж/(кг·К) – средняя удельная теплоемкость воды при t₁=30ºС (рисунок XI [1]);

μ₁= ·10^-3 Па·с – динамический коэффициент вязкости воды при t₁=30ºС (таблица VI [1]);

Рассчитаем критерий Нуссельта

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

,

Таким образом, коэффициент теплоотдачи для воды равен

Вт/(м²·К).

1.4 Определение коэффициента теплоотдачи при конденсации этилового пара на пучке горизонтальных труб

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи при конденсации этилового спирта горизонтальных труб.

Вт/(м²·К),

1.5 Расчет коэффициента теплопередачи

Примем тепловую проводимость загрязнений стенки со стороны греющего пара 1/r_загр.2=5800 Вт/(м²·К), со стороны этилового спирта 1/r_загр.1=5800 Вт/(м²·К) (таблица ХХХI [1]). Коэффициент теплопроводности стали λ_ст=46,5 Вт/(м²·К) (таблица ХХVII [1]); δ=0,002 м – толщина стенки.

Находим сумму термических проводимостей стенки и загрязнений

Вт/(м²·К).

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Коэффициент теплопередачи

Вт/(м²·К).

Поверхностная площадь теплового потока

Вт/м²,

где Δt_ср=53,3 ºС – средняя разность температур.

1.6 Определение температуры стенки

Проверяем принятое значение (Pr₁/Pr_ст1)^0,25. Определим

ºС,

ºС.

Определим критерий Прандтля при t_ст1=93,661ºС

,

где λ₁=0,197– коэффициент теплопроводности этилового спирта при t_ст1=93,661 ºС (рисунок Х [1]);

с₁=0,82·4,19·10³ Дж/(кг·К) – средняя удельная теплоемкость этилового спирта при t_ст1=93,661ºС (рисунок XI [1]);

μ₁=0,326·10^-3 Па·с – динамический коэффициент вязкости этилового спирта при t_ст1=93,661ºС (таблица VI [1]).

Следовательно,

Было принято (Pr₁/Pr_ст1)^0,25 =1,1. Разница

Коэффициент теплоотдачи α₂=7892 >> α₁=541,265 Вт/(м²·К), поэтому расчетным диаметром при определении поверхности труб следует принять d₁=0,021 м.

Расчетная площадь поверхности теплообмена

м².

Принимаем к установке одноходовой теплообменник с F=4,5 м².

1.7 Характеристики теплообменника

Наружный диаметр кожуха D_н=159 мм;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Общее число труб n=13;

Поверхность теплообмена F=4,5 м²;

Длина труб L=3 м;

Диаметр трубы d=25х2 мм.

Запас площади поверхности теплообмена

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Заключение

В результате проведенного расчета подобран теплообменник с наружным диаметром кожуха D_н=159 мм; общим числом труб n=13; поверхностью теплообмена F=4,5 м²; длиной труб L=3 м; диаметром трубы d=25х2 мм.

Схема 1.- Распределение температуры через многослойную стенку.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Библиографический список

1. Павлов, К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: учеб. пособие для вузов [Текст] / К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков. – Изд. 10-е. – Л.: Химия, 1987. – 576 с.

2. Ченцова, Л.И. Процессы и аппараты химической технологии: учебное пособие [Текст] / Л.И. Ченцова, М.Н. Шайхутдинова, В.М. Ушанова. – Красноярск: СибГТУ, 2006. – 262 с.

3. Дытнерский, Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии: пособие по проектированию [Текст] / Ю.И. Дытнерский. – М. Химия, 1983. – 272 с.

4. Касаткин, А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: учебник для вузов [Текст] / А.Г. Касаткин. – 11-е изд., стереотипное, доработанное. Перепеч. с изд. 1973 г. – М.: ООО ТИД «Альянс», 2005. – 753 с.