Технологический расчет конденсатора

1.1 Температурная схема

Температурная схема процесса

61.2 – 61.2

12 45

; .

ºС.

Определим среднюю температуру воды

ºС.

Расход теплоты на нагрев хлороформа

Вт,

где r₁= Дж/кг – удельная теплота конденсации хлороформа при t=61.2ºС (таблица XLV [1]).

Расход воды

кг/с,

где с₂=1·4,19·10³ Дж/(кг·К) – средняя удельная теплоемкость воды при t₁=28.5ºС (рисунок XI [5]);

Объемный расход воды

м³/с,

где ρ₂= кг/м³ – плотность воды при t₁=28.5ºС (таблица IV [1]);

G₂=4.7 кг/с – массовый расход воды.

1.2 Предварительный выбор конструкции теплообменника

Ориентировочно определяем максимальную величину площади поверхности теплообмена. Минимальное значение коэффициента теплопередачи для случая теплообмена от конденсирующегося водяного пара к органическим жидкостям К_min=300 Вт/(м²·К) (таблица 4.8 [1]). При этом

Изм.

лист.

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ПЭПАХП 000.000.117 РГР

м².

Составляем схему процесса теплопередачи. Для обеспечения турбулентного течения бензола при Re>10000 скорость в трубах должна быть больше w'₂

м/с,

где μ₂=0,836·10^-3 Па·с – динамический коэффициент вязкости воды при t₁=28.5ºС (таблица VI [5]);

d₂=0,021 м – внутренний диаметр труб;

ρ₂= кг/м³ – плотность воды при t₁=28.5ºС (таблица IV [5]).

Схема 1.- Распределение температуры через многослойную стенку.

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

.

Условию n<30.76 и F<66.326 удовлетворяет двухходовой теплообменник, наружным диаметром 325 мм с числом труб на один ход трубного пространства n=28.

1.3 Определение коэффициента теплоотдачи для воды

Уточняем значение критерия Рейнольдса Re

.

Критерий Прандтля для воды при средней температуре t₁=28.5ºС равен

,

где λ₂= – коэффициент теплопроводности воды при t₁=28.5ºС (рисунок Х [1]);

с₂=1·4,19·10³ Дж/(кг·К) – средняя удельная теплоемкость воды при t₁=28.5ºС (рисунок XI [1]);

μ₂= ·10^-3 Па·с – динамический коэффициент вязкости воды при t₁=28.5ºС (таблица VI [1]);

Рассчитаем критерий Нуссельта

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ПЭПАХП 000.000.117 РГР

,

где отношение (Pr₂/Pr_ст2)^0.25=1.05

Таким образом, коэффициент теплоотдачи для воды равен

Вт/(м²·К).

1.4 Определение коэффициента теплоотдачи при конденсации хлороформа на пучке горизонтальных труб

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи при конденсации хлороформа горизонтальных труб.

Вт/(м²·К),

где λ₁- коэффициент теплопроводности хлороформа при t=61.2 ºС;

μ₁- динамический коэффициент вязкости хлороформа при t=61.2 ºС;

ρ₁- плотность хлороформа при t=61.2 ºС;

g- ускорение свободного падения;

r₁- удельная теплота парообразования (таблица XLV)

1.5 Расчет коэффициента теплопередачи

Примем тепловую проводимость загрязнений стенки со стороны воды 1/r_загр.2=2900 Вт/(м²·К), со стороны хлороформа 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

ПЭПАХП 000.000.117 РГР

Коэффициент теплопередачи

Вт/(м²·К).

Поверхностная площадь теплового потока

Вт/м²,

где Δt_ср=32.7 ºС – средняя разность температур.

1.6 Определение температуры стенки

Проверяем принятое значение (Pr₂/Pr_ст2)^0,25. Определим

ºС,

ºС.

Определим критерий Прандтля при t_ст2=33.04ºС

,

где λ₂=0,62– коэффициент теплопроводности хлороформа при t_ст2=33.04 ºС (рисунок Х [1]);

с_ст2=1·4,19·10³ Дж/(кг·К) – средняя удельная теплоемкость хлороформа при t_ст2=33.04ºС (рисунок XI [1]);

μ_ст2=0,7·10^-3 Па·с – динамический коэффициент вязкости хлороформа при t_ст2=33.04ºС (таблица VI [1]).

Следовательно,

Было принято (Pr₁/Pr_ст1)^0,25 =1,05. Разница

Следовательно, поправки в расчете коэффициента теплоотдачи α₂ не требуется.

Расчетная площадь поверхности теплообмена

м².

Принимаем к установке двухходовой теплообменник с F=75 м².

1.7 Характеристики теплообменника

Наружный диаметр кожуха D_н=600 мм;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ПЭПАХП 000.000.117 РГР

Общее число труб n=240;

Поверхность теплообмена F=75 м²;

Длина труб L=4 м;

Диаметр трубы d=25х2 мм.

Запас площади поверхности теплообмена

1.8Схема теплообменника

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ПЭПАХП 000.000.117 РГР

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ПЭПАХП 000.000.117 РГР

Заключение

В результате проведенного расчета подобран теплообменник с наружным диаметром кожуха D_н=600 мм; общим числом труб n=240; поверхностью теплообмена F=75 м²; длиной труб L=4 м; диаметром трубы d=25х2 мм.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ПЭПАХП 000.000.117 РГР

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.