Задание на проектирование 42 (стр. 2 из 3)
Примем следующую схему распределения температур между теплоносителями в трех зонах:
а) охлаждение паров до температуры конденсации
50 → 31,7
- 5 ← - 10
Δtб = 55 Δtм = 41,7
, 
°С (8.7)б) конденсация
31,7 ↔ 31,7
-5 ← - 10
Δtм = 36,7 Δtб = 41,7
, 
°Св) охлаждение конденсата
31,7 → 5
-5 ← - 10
Δtб = 36,7 Δtм = 15
, 
°С (8.8)Тепловой поток по зонам:
а) охлаждение паров до температуры конденсации
(8.9)
Дж/(кг·К) – теплоемкость винилиденхлорида при tср1 = 40,85 °С
б) конденсация
, (8.10)где
= 284,5 кДж/кг - удельная теплота конденсации винилиденхлорида.в) охлаждение конденсата
, (8.11)
где
Дж/(кг·К) – теплоемкость винилиденхлорида при tср1 = 18 °С.
(8.12)Расход этиленгликоля
, (8.13)где Сэ = 2332 Дж/(кг·К) - средняя массовая теплоемкость этиленгликоля [26].
Рассчитаем площадь теплопередающей поверхности. Примем для зон ориентировочные значения коэффициенты теплопередачи:
К1 = К2 = 350 Вт/(м2·К) – от конденсирующегося пара (органической) к жидкости;
К3= 120 Вт/(м2·К) – от жидкости к жидкости (для органических).
а) охлаждение паров до температуры конденсации
(8.15)б) конденсация
(8.16)в) охлаждение конденсата
(8.17)Общая площадь поверхности теплообмена:
Задаваясь числом Re = 10000, определим соотношение n/z для теплообменника из труб диаметром:
dн = 25×2 мм
(8.18)dн = 20×2 мм
(8.19)Данному условию соответствует следующий теплообменник:
D =600 мм
Число трубок n = 240 шт
dн = 25
2 ммчисло ходов z = 2
длина труб l = 2 м
площадь поверхности теплообмена 38 м2 [25].
Проверим, обеспечит ли он функцию в новых условиях.
Уточненный расчет поверхности теплопередачи.
Действительное число Reэ равно:
Теплоотдача от потока при переходном режиме (2300 < Re < 10000) описывается формулой:
(8.20)Критерий Прандтля для этиленгликоля:
(8.21)Критерий Нуссельта для этиленгликоля:
Коэффициент теплопередачи для этиленгликоля:
(8.22)Коэффициенты теплопередачи от винилиденхлорида для каждой зоны будут разными. Рассчитаем для каждой зоны.
а) Зона охлаждения паров винилиденхлорида
При средней температуре tср1 = 40,85 °С винилиденхлорид имеет следующие характеристики: ρ1 = 1169 кг/м3; μ1 = 10,65·10-6 Па·с; С1 = 1346 кДж/(кг·К); λ1 = 0,152 Вт/(м·К) [17, 26].
Число Рейнольдса паров винилиденхлорида в межтрубном пространстве:
(8.23)Критерий Прандтля:
(8.24)При движении теплоносителя в межтрубном пространстве критерий Нуссельта при Re ≥ 1000 равен [24]:
(8.25) 
б) Зона конденсации винилиденхлорида
При температуре tконд = 31,7 °С винилиденхлорид имеет следующие характеристики: ρ = 1190,5 кг/м3; μ = 0,39·10-3 Па·с; С = 1306 кДж/(кг·К); λ = 0,15 Вт/(м2·К) [17].
Коэффициент теплоотдачи от пара, конденсирующегося на пучке горизонтально расположенных труб:
(8.26)в) Зона охлаждения сконденсированного винилиденхлорида
При средней температуре tср1 = 18 °С винилиденхлорид имеет следующие характеристики: ρ = 1206 кг/м3; μ = 0,47·10-3 Па·с; С = 1247 кДж/(кг·К); λ = 0,147 Вт/(м·К).
Число Рейнольдса паров винилиденхлорида в межтрубном пространстве:
Критерий Прандтля:
При движении теплоносителя в межтрубном пространстве критерий Нуссельта при Re < 1000 равен:
(8.27) 
Вт/(м2·К)Сумма термических сопротивлений стенки труб из нержавеющей стали и загрязнений со стороны этиленгликоля и паров винилиденхлорида:
Коэффициент теплопередачи:
а) Зона охлаждения паров винилиденхлорида
б) Зона конденсации винилиденхлорида
Вт/(м2·К)в) Зона охлаждения сконденсированного винилиденхлорида
Вт/(м2·К)Требуемая поверхность теплопередачи
Для каждой зон имеем:
Общая поверхность теплообмена:
Теплообменник с длинной труб l = 2 м и поверхностью теплообмена 38 м2 подходит с запасом
Замены оборудования не потребуется.
Выводы
Спроектирован цех по производству винилиденхлорида производительностью 15000 т/год.
Улучшение качества винилиденхлорида достигнуто за счет применения нового способа получения (заменой известкового молока на гидроксид натрия и применение катализатора межфазного переноса), а также частичной реконструкции реактора (применение лопастной мешалки вместо кольцевого барботера, а также использование пара для обогрева реакционной массы, подаваемого в рубашку аппарата). Это позволяет перевести процесс из диффузионной области в кинетическую, тем самым увеличить степень конверсии до 97 %, сократив время пребывания от 2,5 часов до 1 часа.