Материал: Процессы теплообмена и теплообменные аппараты

Теплообменные аппараты такого типа (рисунок 13) изготовляют из отдельных прессованных блоков 1, соединенных между собой специальной замазкой. В блоках имеются горизонтальные и вертикальные каналы для прохода теплоносителей. Узлы соединения блоков можно уплотнять также прокладками из термо- и коррозионностойкой резины или фторопласта. Аппарат имеет распределительные камеры 2, скрепленные с блоками и между собой крышками 10 и стяжками 7 [1].

Рисунок 13 - Блочный теплообменный аппарат

. РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА

Примем индекс «1» для горячего теплоносителя (водяной пар), индекс «2» для холодного теплоносителя (этанол).

Температура конденсации водяного пара t_конд=151,1° С [2, табл. LVII].

Температурная схема:

,1 ¾¾ 151,1

¾® 35

∆t_б =128,1 ∆t_м =116,1

Средняя разность температур:

Средняя температура этанола:

t₂= t₁ - ∆t_ср =151,1-122,4=28,7 29

Расход этанола:

V₂= 1700/3600=0,4722 м³/с;

₂ =V₂∙ρ₂ =0,4722∙781,525 =369,036 кг/с

где ρ₂=781,525 кг/м³ - плотность этанола при 27 [2, табл. IV].

Расход теплоты на нагрев этанола:

 = G₂ c₂(t_2к - t_2н) =369,036 ·2681,6·(35 - 23)  11875283,2512 Вт,

где с₂=2681,6 Дж/(кг·К) - средняя удельная теплоемкость этанола [2, рис. XI].

Расчет сухого греющего пара с учетом 7% потерь теплоты:

G₁= 6,00215 кг/с,

где =2117 Дж/кг - средняя удельная теплоемкость этанола [2, табл. LVII].

Определим ориентировочно значение площади поверхности теплообмена, полагая K_ор=340 Вт/(м²·К) [2, табл. 4.8], т.е. приняв его таким же, как и при теплообмене от конденсирующегося водяного пара к органическим жидкостям (этанол):

F_ор285,35 м².

Для обеспечения турбулентного режима при Re₂>10000 скорость в трубах должна быть больше w₂':

w₂'0,625 м/с,

где =1,025 Пас - динамический коэффициент вязкости этанола при 29°С [2, табл. IX].

Число труб 25х2 мм, обеспечивающих объемный расход этанола при Re₂=10000:

n'.

Условию n<2183 и F<285,35 удовлетворят два теплообменника [2, табл. 4.12]:

1.      Четырехходовой диаметром 800 мм с числом труб на один ход трубного пространства n=101 (общее число труб 404);

Расчет первого варианта:

.        Коэффициент теплоотдачи для этанола.

Уточняем значение критерия Re₂:

₂=10000 =10000 =216039.

₂17,44

где ₂=0,1576 Вт/(м·К) - коэффициент теплопроводности этанола при 29°С [2, рис. X].

Расчетная формула:

Nu₂0,021·216039^0,8·17,44^0,43·1,12·1=1329,3.

Отношение  принято равным 1,12 (с последующей проверкой).

Таким образом:

9975 Вт/(м²·К).

.        Коэффициент теплоотдачи при конденсации водяного пара на пучке горизонтальных труб.

Расчет осуществляем приближенно по формуле:

 Вт/(м²·К).

где =0,62 [2, рис. 4.7], B_t=1136,7 [2, табл. 4.6]. длиной труб L=3 м [2, табл. 4.12]

Принимаем тепловую проводимость со стороны греющего пара 5800 Вт/(м²·К), со стороны этанола 5800 Вт/(м²·К) [2, табл. XXXI]. Коэффициент теплопроводности стали нержавеющей = 17,5 Вт/(м·К) [2, табл. XXVIII].

Тогда:

 2178 Вт/(м²·К).

Коэффициент теплопередачи:

 1334,6 Вт/(м²·К).

Поверхностная плотность теплового потока:

 163352,5 Вт/м².

Проверяем принятое значение . Определяем:

 16 ;

 45 ;

где  2849,2 Дж/(кг·К) - средняя удельная теплоемкость этанола при 45 [2, рис. XI],  0,763·10^-3 Па·с - динамический коэффициент вязкости этанола при 45 [2, табл. IX],  0,1612 Вт/(м·К) - коэффициент теплопроводности этанола при 45 [2, рис. X].

Следовательно:

1,1.

Было принято  = 1,12. Разница  1,8 %. Расчет К закончен.

Расчетная площадь поверхности теплообмена:

 73 м²

Аппарат с L=3 м имеет площадь поверхности теплообмена:

 79,9 80 м²

Запас площади поверхности теплообмена:

 9,6 %

Запас площади поверхности теплообмена достаточен.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе были рассмотрены основные виды теплообменных аппараты.

Произведен расчет четырехходового кожухотрубчатого теплообменного аппарата. Предлагается установить четырехходовый кожухотрубчатый теплообменник с внутренним диаметром кожуха 800 мм, длиной труб 3 м и числом труб на один ход трубного пространства 101 как более простой.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.      Теплообменное оборудование. - www.tracon.ru/rus/teploobmennoe-oborudovanie.html <http://www.tracon.ru/rus/teploobmennoe-oborudovanie.html>

.        Павлов, К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов / Под ред. чл.-корр. АН СССР П.Г Романкова / К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков. - 10-е изд., перераб. и доп. - Л.: Химия, 1987. - 576 с., ил.