Производство поликапроамида. Характеристика производимой продукции. Технологическая схема получения поликапроамида, страница 10

Теплофизические свойства азота находят по справочной литературе

Табл.2.2

Свойства азота р при 108,1 ⁰С

Плотность, кг/м3	1.08
Теплопроводность, КВт/м×К	0,0303
Вязкость, Па×с	0,021*10*-3
Теплоемкость Дж/кг×К	1,05

= КВт/м×К

Расходные потоки азота

2. Тепловая нагрузка аппарата

Количество теплоты, подводимое к исходной смеси в теплообменном аппарате определяется из уравнения теплового баланса:

Q₁ = Q₂ + Q_пот,                                                         (2.1.)

где: Q_пот – потери теплоты в окружающую среду, для теплоизолированных аппаратов составляют 3 – 5% от подводимой в аппарате теплоты. т.е. 0,03 – 0,05 Q₁.

Q₂ – количество теплоты, подведенное к холодному теплоносителю, в нашем случае –азоту, подаваемому в сушильный аппарат, рассчитывается по уравнению:

Q₂ = G₂c₂(t_2н – t_2к),                                                  (2.2.)

где G₂ – расход исходной смеси, кг/с; c₂ – теплоемкость исходной смеси, Дж/(кг К); t_2н и t_2к – соответственно начальная и конечная температуры исходной смеси, ⁰С.

Q₂ =1,51,05**(150-20)=204750вт

Q₂ =204,75КВт

Q₁ = 1,05× Q₂=1,05 ∙ 204,75= 215 кВт.

где 1,05 – коэффициент, учитывающий потери в окружающую среду.

Расход греющего пара:

G₁ = = 0,1 кг/с,

где r = 2045 кДж/кг – теплота конденсации пара при давлении 1,2ат

3. Ориентировочный расчет теплообменного аппарата

Греющий пар конденсируется в трубном пространстве, а смесь движется в межтрубном. Принимаем ориентировочное значение критерия Рейнольдса Re_ор = 15000, соответствующее развитому турбулентному режиму движения жидкости, при котором обеспечиваются наилучшие условия теплообмена.

Число труб, приходящееся на один ход теплообменника:

n/z = G₂/0,785Re_орd_внμ₂,

где: d_вн – внутренний диаметр труб, м.

Для труб 20×2мм                               d_вн = 0,016 мм

Отношение числа труб к числу ходов:

n/z = 1,5/0,785∙15000∙0,016∙0,430∙10^-3 = 5.

Принимаем также ориентировочное значение коэффициента теплопередачи К_ор = 200 Вт/м²∙К [1c. 172], тогда ориентировочная поверхность теплообмена:

F_ор = Q/K_ор Δt_ср =  215,0∙10³/200∙56,1 = 63 м².

Принимаем теплообменник с близкой поверхностью теплообмена: одноходовой с диаметром кожуха 600 мм, числом труб 389, размер труб 20×2мм [2c.51].

Режим турбулентный близкий к переходному, решим эту проблему с помощью перегородок.

Что указывает на развитый турбулентный режим движения теплоносителя.

Расчет температуры стенки:

Рассчитаем критерий Прандтля

Pr=

Расчет критерия Нуссельта

Коэффициент теплоотдачи от пара:

Таблица 2.3.

Параметры греющего насыщенного водяного пара при Р = 7ат

Температура	164,8
Плотность, кг/м3	902
Вязкость, Па×с	0,169*
Теплопроводность, Вт/м×К	0,068
Длинна труб м	2
Ускорение свободного падениям/	9,81
Критерий Прандтля	1,075
Теплота парообразования кДж/кг	2075

Таблица 2.4.

Теплофизические свойства материала стенки и термические сопротивления загрязнений

Теплопроводность стенки, Вт/(м×К)	46,5
Тепловое сопротивление загрязнений стенок (м×К)/Вт	2,9*
Температура стенки 0С	114,1

Температура стенки со стороны пара

Находим поверхность теплообмена

Выбираем теплообменник с ближайшей большей поверхность тепло

обмена: одноходовой горизонтальный теплообменник с длиной труб 2 м, у которого поверхность теплообмена составляет 49 м².

3. Конструктивный расчет теплообменного аппарата

Толщина обечайки

Толщина обечайки рассчитывается по уравнению:

d = DP/2sj +C_к,

d = 0,14×0,15/2×138×0,8 + 0,001 = 0,004 м.

где D = 0,325 м – условный внутренний диаметр аппарата; P = 0,12 МПа – давление в аппарате; s = 138 МН/м² – допускаемое напряжение для стали [2 c.76]; j = 0,8 – коэффициент ослабления из-за сварного шва [2 c.77]; C_к = 0,001 м – поправка на коррозию.