Расчет кожухотрубчатого теплообменника (стр. 1 из 2)

Дано:

Материальный баланс колонны:

кг/с

Пересчет массовых % в мольные доли:

Тепловой баланс теплообменника:

По табл. XLVII (П.Р., 543)

По рис. XI (П.Р., 562)

кал/кг×с
Дж/кг×К

Расход воды:

кг/с (Д., 32)

Ф/х свойства воды при т-ре 30С

кг/м3

Вт/(м×К)

Па×с

Среднелогарифмическая разность температур:

С

Ф/х cвойства cмеси метилового спирта и воды с массовой долей метилового спирта 7% при температуре 30 С

кг/м3 (т. 1-101, Перри, 51)

Коэффициент динамической вязкости смеси рассчитывается по уравнению Томаса (ф. 1-91, Перри, 26):

, где

,

температура смеси;

постоянная вязкости, определяемая путем суммирования атомных и структурных составляющих смеси.

Для смеси метиловый спирт-вода,

(т. 1-14, Перри, 26)

Таким образом,

Па×с

Коэффициент теплопроводности смеси органических жидкостей и воды с достаточной степенью точности можно посчитать по уравнению Краго (1-70, Перри, 22):

,

где

относительная плотность смеси жидкостей по воде, равная в данном случае 0.99

Таким образом

Удельную теплоемкость растворов органических жидкостей можно посчитать по методу Джонсона и Хуанга с помощью аддитивных составляющих (т. 1-7, Перри, 15). Для смеси вода-метиловый спирт при содержании спирта 7% по массе, теплоемкость практически равна теплоемкости воды при т-ре 30 градусов, или равна

Дж/(кг×К) (р. XI, П.Р., 562)

Пустим спирт по трубам, а воду – в межтрубном пространстве.

Объемный расход спирта и воды:

м3 /с (П.Р, 216)

м3 /с (П.Р, 216)

Согласно т.4.8 (П.Р., 172) минимальное значение Kop для турбулентного режима составляет 250 Вт/(м×К)

Ориентировочная поверхность составляет:

м2
м2

В теплообменных трубах 25х2 мм по ГОСТ 15120-79 скорость течения спирта при Re1 >10000 должна быть не менее:

м/c (П.Р, 216)

Проходное сечение трубного пространства должно быть не менее:

м2

Кожухотрубчатый холодильник наименьшего диаметра 159 мм с числом труб 13 имеет площадь 0.5×10-2 м2 (табл. 4.12, П.Р,215). Следовательно турбулентное течение спирта можно обеспечить только в аппарате с меньшим диаметром трубного пространства, т.е. в теплообменнике "труба в трубе".

Вариант 1. Теплообменник "труба в трубе" (ГОСТ 9930-78).

1.1 Рассмотрим аппарат, изготовленный из труб 89х4 мм (наружная) и 57х3.5 (внутренняя). Скорость спирта в трубах для обеспечения турбулентного движения должна быть не менее:

м/c (П.Р.,216)

Число параллельно работающих труб 57х3.5 мм, при этом

(П.Р.,217)

Примем n=2. Определим критерий Рейнольдса и скорость для спирта:

м/с (П.Р.,217)

(П.Р., 217)

Критерий Рейнольдса соответствует турбулентному движению.

Для воды:

(П.Р.,217)

где 0.024 – эквивалентный диаметр, равный 0.081-0.057

1.2. Составим схему процесса теплопередачи. По табл. 4.1 (П.Р., 151) находим, что теплоотдача для спирта и воды (турбулентный режим у обеих жидкостей) описывается ур. 4.17. (П.Р., 154)

Коэффициент

примем равным 1.

Ввиду того, что температуры стенок со стороны спирта

и воды
пока неизвестны, примем сомножитель
равным единице для обоих потоков.

а) Коэффициент теплоотдачи для спирта:

Критерий Прандтля для спирта при 25.9 градусах

(П.Р., 217)

Критерий Нуссельта для спирта:

Коэффициент теплоотдачи от спирта к стенке:

Вт/(м2 ×К)

(П.Р., 217)

б) Коэффициент теплоотдачи для воды.

Критерий Прандтля для воды при 30 градусах.

Критерий Нуссельта для воды:

Коэффициент теплоотдачи от стенки к воде:

Вт/(м2 ×К)

Термическое сопротивление стенки и загрязнений (табл. XXXI, П.Р.,531)

Примем коэффициент теплопроводности материала стенки, равным коэффициенту теплопроводности стали, то есть равным 46.5

м2 ×К/Вт

Величина тепловой проводимости 1860 выбрана из расчета загрязненной воды, так как смесь в трубе представляет собой воду с примесью органической жидкости.

Коэффициент теплопередачи:

Вт/(м2 ×К)

Поверхностная плотность теплового потока:

Вт/м2

1.3. Определим ориентировочно значения

и
, исходя из того, что

,

где сумма

Найдем:

(П.Р., 218)

Следовательно:


Copyright © MirZnanii.com 2015-2018. All rigths reserved.