Ориентировочный расчет теплообменного аппарата для подогревателя нитрата аммония перед подачей в выпарной аппарат

Таблица 3.3

Основные данные для расчета подогревателя

Раствор нитрата аммония	Греющий пар
Х, % масс	t₂_н,	t_2k,	t₁_,	р, МПа
		90,85	118,6	0,193

Температурная схема процесса:

Рис. 3.1 Характер изменения температур носителей

Значения усредненной по всей теплообменной поверхности разности температур рассчитывается по формуле:

, (3.23)

При этом

tб = 118,6 – 30 = 88,6

По формуле (3.23) получаем:

= 52,42

Среднюю температуру раствора нитрата аммония можно определить по формуле:

t₂= t₁ - , (3.24)

где t₁= 118,6 °С – среднее арифметическое значение температуры теплоносителя, которая изменяется на меньшую величину (в данном случае температуру конденсации греющего пара);

t₂ =118,6 – 52,42 = 66,18

Расход раствора нитрата аммония определяется как:

G₂ = G_нач = 5,001 кг/с

Расход теплоты на нагрев раствора:

Q = G₂ c₂ (t₂_k – t_2н), (3.25)

где с₂ – удельная теплоемкость раствора, рассчитанная по формуле (3.16) при t = t₂и х_нач = 5 % масс

По формуле (3.16) удельная теплоемкость воды при t = t₂равна:

с_в = 4223,6 + 2,476 · 66,18 · lg(66,18/100) = 4194,224 Дж/кг К

Тогда по формуле (3.15) получаем:

с₂= 4194,224+(-3287,7+1136,94·0,05 + 14,84·66,18+6,5·10^-3·66,18²)·0,05 = 4031,424

Следовательно, расход теплоты на нагрев раствора по формуле (3.25):

Q = 5,001 · 4031,424 · (90,85 - 30) = 1226806 Вт

Расход греющего пара:

G_г.п _. =

Принимаем по (/1/, табл. 4.8., стр. 172) ориентировочный коэффициент теплопередачи К = 800 Вт/ м²·К(так как аппарат со свободной циркуляцией, передача тепла от конденсирующего пара к воде), рассчитываем ориентировочную поверхность теплопередачи:

Проходное сечение трубного пространства рассчитываем по формуле:

, (3.26)

где - внутренний диаметр труб; - динамический коэффициент вязкости начального раствора при средней температуре ; Re – критерий Рейнольдса.

Динамический коэффициент вязкости при для воды получаем по формуле:

, (3.27)

а для раствора находим:

lgμ₂= lg μ₀+ (d₀+ d₁t+ d₂t²)x (3.28)

где d₀= - 0,1855, d₁=9,408*10^-3, d₂=1,5*10^-7, x=0,05

· Турбулентный режим:

Для обеспечения интенсивного теплообмена подбираем аппарат с турбулентным режимом течения теплоносителей. Раствор направляется в трубное пространство, греющий пар – в межтрубное.

Максимальное проходное сечение считаем по формуле (3.26) при критерии Рейнольдса :

В то же время проходное сечение можно посчитать по следующей формуле:

(3.29)

Тогда число труб рассчитываем по формуле:

, (3.30)

По полученному оценочному значению поверхности теплопередачи с учетом числа труб n, в качестве подогревателя, мы выбираем по (/3/ табл. 1.2 стр. 6) одноходоходовый теплообменник, с внутренним диаметром кожуха , числом труб , поверхностью теплообмена , длиной труб , проходным сечением и числом рядов труб , расположенных в шахматном порядке в количестве 7 штук с параллельным питанием.

· Ламинарный режим:

Проходное сечение трубного пространства считаем по формуле (3.26) при критерии Рейнольдса :

В то же время проходное сечение можно посчитать по следующей формуле (3.29):

Тогда число труб рассчитываем по формуле (3.30):

По полученному оценочному значению поверхности теплопередачи с учетом числа труб n, в качестве подогревателя, мы выбираем по (/3/ табл. 1.2 стр. 6) одноходоходовый теплообменник, с внутренним диаметром кожуха , числом труб , поверхностью теплообмена , длиной труб , проходным сечением и числом рядов труб , расположенных в шахматном порядке в количестве 5 штук с параллельным питанием.