Расчёт теплообменного аппарата

Произведём расчёт теплообменного аппарата, предназначенного для отвода тепла, выделяющегося в ходе процесса окисления в колонне.

Изначально примем к установке теплообменник согласно ГОСТу 15118-79 [12] и проверим, возможно ли его использование для нормального поддержания технологического режима.

Таблица 8

Длина труб	6	м
Поверхность теплообмена	219
Число ходов z	1
Диаметркожуха	800	мм
Диаметр труб	25x2	мм
Число труб n	465

 

Исходя из материального баланса, массовый приход шихты составляет 46461,03 кг/час. Удельная теплоёмкость шихты составляет 260,81 Дж/кг·К, начальная температура - 125 , конечная - 122 . Плотность шихты , динамическая вязкость , теплопроводность .

В качестве хладагента используется вода с температурой . Физико-химические свойства воды: плотность воды , динамическая вязкость , теплопроводность Вт/моль·К.

Тепловая нагрузка аппарата составляет  Вт, расход охлаждающей воды 0,029 м /с.

Произведём уточненный расчёт коэффициента теплопередачи.

где  и - коэффициенты теплоотдачи шихты и воды соответственно, Вт/(м*К);

 - сумма температурных сопротивлений, Вт/( *К).

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи для трубного пространства .

В трубное пространство подаётся шихта =46461,03 кг/час = 12,91кг/сек.

Плотность шихты =754,30кг/ .

Объёмная скорость шихты равна

,

Внутренний диаметр трубы равен .

Линейная скорость , м/с, находится по формуле

,

где G – объёмная скорость подачи, сек; d – внутренний диаметр трубы, м; n – число труб в теплообменнике; z – число ходов в теплообменнике.

Следовательно, линейная скорость шихты

.

Динамическая вязкость сырья 0,000135 Па*с.

Критерий Рейнольдса

,

где w – линейная скорость, м/с; d – внутренний диаметр трубы, м; - плотность шихты, ;

 динамическая вязкость, Па*с;

 

, т.е. режим турбулентный.

Для турбулентного режима критерий Нуссельта рассчитывается по формуле

,

где

, где  - удельная теплоёмкость шихты=260,81 Дж/(кг К); - удельная теплопроводность шихты=0,121 Вт/(м К), - динамическая вязкость шихты =0,000135 Пас.

.

Критерий Нуссельта:

Коэффициент теплоотдачи:

,

где - коэффициент теплоотдачи, В/(м К); - критерий Нуссельта; - коэффициент теплопроводности, Вт/(м К); - внутренний диаметр трубы, м;

 

Коэффициент теплоотдачи окисляемой шихты:

.

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи для межтрубного пространства .

В межтрубное пространство реактора подается вода.

 

Объёмный расход воды найдем по формуле:

 

Рассчитаем площадь межтрубного пространства:

 

 

Эквивалентный диаметр находим по формуле:

Определим скорость воды в межтрубном пространстве:

 

 

Критерий Рейнольдса для воды:

 

, т.е. режим турбулентный.

 

Для турбулентного режима критерий Нуссельта рассчитывается по формуле

,

где

, где  - удельная теплоёмкость воды=4181,1 Дж/(кг К);

- удельная теплопроводность воды=0,58 Вт/(м·К), - динамическая вязкость воды =0,000809Па·с.

.

Критерий Нуссельта:

Коэффициент теплоотдачи воды:

.

Термические сопротивления по справочным данным составляют:

теплопроводность стали =47 Вт/(м К);

толщина стенки =0,002м;

тепловое сопротивление для воды

Таким образом,

Коэффициент теплопередачи по формуле:

.

Тогда расчётная поверхность теплообмена по формуле:

м .

 

       Запас составит .

Вывод: выбранный теплообменный аппарат подходит для нормального поддержания технологического режима с запасом поверхности равной 9,94%.