Расчет теплообменного аппарата для нагрева 4 кг/с 27 % раствора бензола в толуоле от 18 до 97,9 градусов, страница 10

Рассчитаем и подберем нормализованный кожухотрубчатый аппарат для теплообмена между кубовым остатком и охлаждающей водой. Кубовый остаток “1” с расходом 2,87 кг/с охлаждается от 109,5 до 25 °С. Начальная температура охлаждающей воды “2” – 18 °С.

Температурная схема

109,5          ¾          25

 40           ®           18

Dt_б = 69,5                 Dt_м = 7

Средняя разность температур:

,                                                                                       (*.5.1)

где  Dt_ср – средняя разность температур, °С;

Dt_б – большая разность температур, °С;

Dt_м – меньшая разность температур, °С;

Средняя температура холодного теплоносителя:

,                                                                                              (*.5.2)

где  t₂ – средняя температура холодного теплоносителя, °С;

        t_н – начальная температура воды, °С;

        t_к – конечная температура воды, °С;

Средняя температура горячего теплоносителя (дистиллят):

,                                                                                                 (*.5.3)

где t₁ – средняя температура горячего теплоносителя, °С;

t₂ – средняя температура охлаждающей воды, °С;

Dt_ср – средняя разность температур, °С;

Объемный расход холодного теплоносителя (воды) V₂ = 0,00517 м³/с. Расход теплоты при теплообмене Q = 423998 Вт. Физико-химические свойства холодного теплоносителя при средней температуре,  /4, стр 428, 516, 561, 562/:

r₂ = 995,3 кг/м³;                                         m₂ = 0,818*10^-3 Па×с;   

l₂ = 0,611 Вт/(м×К);                                    с₂ = 4190 Дж/(кг×К);

В качестве горячего теплоносителя используется дистиллят бензол-толуольной смеси. Объемный расход дистиллята V₁ = 0,00345 м³/с. Физико-химические характеристики при средней температуре, /4, стр 550, 557, 561/:

r₁ = 831,1 кг/м³;                                                     m₁ = 0,428*10^-3 Па×с;   

l₁ = 0,131 Вт/(м×К);                                            с₂ = 1759,7 Дж/(кг×К);

Расход теплоты при теплообмене Q = 423998 Вт.

Принимаем ориентировочный коэффициент теплопередачи, /4, стр 172/:

К_ор = 195 Вт/(м×К).

Ориентировочное значение требуемой поверхности:

,                                                                                            (*.5.4)

где F_ор ориентировочная площадь поверхности теплообмена, м²;

Q – теплота, расходующаяся в процессе теплообмена, Вт;

К_ор – ориентировочный коэффициент теплопередачи, Вт/( м²×К);

Dt_ср – средняя разность температур, °С;

Для более интенсивного теплообмена принимаем турбулентный режим движения теплоносителя (Re ³ 10000), следовательно, скорость теплоносителя в трубах должна быть больше w₂`. Диаметр труб принимаем 20´2 мм:

,                                                                                   (*.5.5)

где  w`_ор – ориентировочная скорость теплоносителя в трубном пространстве, м/с;

m₂ – динамическая вязкость холодного теплоносителя, Па×с;

d₂ – диаметр труб теплообменника, м;

r₂ – плотность холодного теплоносителя, кг/м³;

Ориентировочное число труб:

,                                                                      (*.4.6)

где n`_ор – ориентировочное число труб;

V₂ – объемный расход смеси, м³/с;

d₂ – диаметр труб теплообменника, м;

w`_ор ориентировочная скорость теплоносителя в трубном пространстве, м/с;

Выберем по максимальной поверхности теплообмена и по числу труб наиболее подходящий холодильник: с диаметром кожуха 325 мм, диаметром труб 20´2 мм, числом труб 90, двухходовый (ГОСТ – 15122-79).

Уточним значение критерия Рейнольдса для трубного пространства:

,                                                                                     (*.5.7)

где Re₂ – критерий Рейнольдса;

n`_макс – максимальное число труб;

n – число труб в выбранном теплообменнике, учитывая число ходов;

Найдем критерий Прандтля при средней температуре охлаждающей воды: