Расчет и проектирование абсорбционной установки непрерывного действия для улавливания паров метанола из газовой смеси (воздушной) водой, страница 13

Принимаем для газовой (воздушной) смеси индекс “1”, для воды (в трубах) – индекс “2”, конечную температуру воды 26^оС. В межтрубное пространство поступает воздушная смесь, в трубное – вода.

Температурная схема теплообмена при противотоке:

 

72 → 23

26 ← 16

Δt_б = 46       Δt_м = 7

Средняя разность температур:

, (3.2.1)

где  ∆t_ср – средняя разность температур, ^оС;

∆t_б, ∆t_м – соответственно большая и меньшая разность температур для жидкости и газа при противотоке, ^оС.

Средняя температура воды t₂, ^оС:

, (3.2.2)

где  t_2н и t_2к - начальная и конечная температуры воды, ^оС.

Средняя температура газовой (воздушной) смеси:

 

, (3.2.3)

где  t₁ – средняя температура газовой смеси, ^оС;

t₂ – средняя температура воды, ^оС;

∆t_ср -  средняя разность температур, ^оС.

 

Количество теплоты, передаваемое от воздушной смеси к воде можно вычислить по формуле /1/:

, (3.2.4)                                                                 

где  Q – количество теплоты, Вт;

V₁ – объемный расход газа, м³/с;

ρ₁– плотность газовой смеси, кг/м³;

с₁ – средняя удельная теплоемкость газовой смеси, Дж/(кг∙К);

t_1н , t_1к – начальная и конечная температуры газовой смеси, ⁰С;

Пересчитаем расход и плотность смеси с учетом новых условий:

, (3.2.5)

, (3.2.6)

где V₁ и ρ₁ – соответственно объемный расход и плотность газовой смеси при средней температуре газовой смеси 43,709 ⁰С;

V₀ – объемный расход смеси газов при нормальных условиях, м³/с;

М_см – молекулярная масса смеси газов, кг/кмоль;

T₀ – нормальная температура, К;

t₁ – средняя температура смеси, К;

P – рабочее давление, Па;

P₀ - нормальное давление, Па.

 

Молекулярную массу смеси найдем по формуле:

, (3.2.7)

где М_см – молекулярная масса газовой смеси, кг/кмоль;

М_мет – молекулярная масса метанола, кг/кмоль;

y_н – начальная мольная доля метанола в воде, кмоль мет/кмоль см.;

М_возд – молекулярная масса воздуха, кг/кмоль.

 

,

откуда плотность газовой смеси (н.у.) равна:

При средней температуре теплоёмкость газовой смеси определим по формуле /4/:

,     (3.2.8)

где с₁ — удельная теплоёмкость газовой смеси при средней температуре, Дж/(кг∙К);

с_мет, с_воз — удельные теплоёмкости метанола и воздуха при средней температуре газовой смеси, равные соответственно с_мет = 1215  и с_воз = 1005 Дж/(кг∙К) /4, 5/;

 – начальная относительная массовая концентрация газовой фазы, кг.мет/кг.возд.

Согласно формуле (3.2.4), тепловая нагрузка равна:

Расход воды определяется из уравнения

, (3.2.9)

где   G₂ – расход воды, кг/с;

с₂ – средняя удельная теплоемкость воды , с₂ = 4190 Дж/(кг∙К) (рисунок XI /4/);

t_2н , t_2к – начальная и конечная температуры воды, ^оС.

Подставляя, получим:

Ориентировочно определим величину площади поверхности теплообмена:

, (3.2.10)

где    F_ор – ориентировочная величина площади поверхности теплообмена, м²;

Q – количество теплоты, Вт;

∆t_ср – средняя разность температур, ^оС;

 К_ор – ориентировочное значение коэффициента теплопередачи, Вт/(м²∙К). По Таблице 2.1 /1/ принимаем максимальный коэффициент теплопередачи  К_ор = 60 Вт/(м²∙К).

 Тогда:

.

В многоходовых теплообменниках средняя движущая сила несколько меньше, чем в одноходовых, из-за возникновения смешанного взаимного направления движения теплоносителя. Определим поправку для среднелогарифмичекой разности температур по уравнению /4/:

ε_{Δ t} =,                        (3.2.11)

где ε_{Δ t} — поправочный коэффициент для среднелогарифмичекой разности температур;

Р — тепловая эффективность,

R, η, δ — коэффициенты, рассчитываемые по формулам (3.2.12) – (3.2.14).

η = ,                                                                (3.2.12)

δ = ,                                                           (3.2.13)

R = ,                                                             (3.2.14)

Тепловую эффективность Р найдём  по формуле: