Технологический расчет внедряемого теплообменника

    Сложность расчета теплообменников заключается в решении уравнений, описывающих процесс теплообмена. Для определения поверхности теплообмена используется формула Ньютона – Фурье [18]:

Где Q – количество вводимого или отводимого тепла за единицу времени, Дж/с;

 к- коэффициент теплоотдачи, Дж /(см² ·с);

 - средняя логарифмическая разность температуры в ºС (температурный напор).

Примем следующие исходные данные.

    Согласно внедряемой схеме стабилизации нефти, в теплообменнике Т2 необходимо охладить то количество нефти, которое поступает в него из сепаратора С2. Производительность сепаратора составляет 3310 м³/ч. Для расчета внедряемого теплообменника необходимо принять следующие исходные данные.

    В холодильнике, представляющем собой теплообменник требуется охладить горячую нефть расходом G₂ = 238320 кг/ч и теплоемкостью С_н = 2200 Дж /кг ·ºС от температуры t^н_н= 90 ºС до t_k^н = 40 ºС.

Начальная температура охлаждающей воды t_н^в= 25 ºС.

Теплоемкость воды С_в= 4190 Дж/кг· ºС  [18].

Коэффициент теплопередачи воды К = 290Вт/ м²· ºС[18].

Определим необходимый расход воды для охлаждения нефти, поверхность теплообмена и в прямотоке и противотоке.

1.Тепловая нагрузка теплообменника определяется по формуле:

 

 

То есть количество тепла, которое необходимо отдать охлаждающей воде будет равным:

Q₂ =

 

 

  2. При прямотоке конечная температура воды     t_н^в  не может быть выше конечной температуры нефти t_k^н= 40 ºС. Исходя из этого, можно принять приблизительно t_н^в = 35 ºС. Тогда, используя уравнение теплового баланса Q₂ = Q_x, можно определить расход охлаждaющей воды G_в. (Q_x  - количество холода, используемое для охлаждения горячей нефти).

  Тогда расход воды G_В=  кг/с = кг/ч.

3.Необходимая поверхность теплообмена вычисляется по уравнение

 где  - температурный напор, = .

Средний температурный поток при прямотоке:

  ºС

  4.Тогда необходимая поверхность теплообмена при прямотоке:

5.Средний температурный поток при противотоке   

 

ºС

6.Необходимая поверхность теплообмена при противотоке

 

 

     Таким образом, рассчитано, что для охлаждения 3310 м³ горячей нефти от температуры 90 ºС до 40 ºС за час необходимо 137775 кг воды. Так же определено, что при одинаковом расходе воды необходимая поверхность теплообмена при противотоке меньше(F = 179 м³), чем в прямотоке (F = 236 м³).