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

Определим коэффициент теплоотдачи от пара, /1, стр 76/:

,                                                                     (*.*.3)

где  А – коэффициент теплоотдачи от пара;

l₁ – теплопроводность горячего теплоносителя, Вт/( м×К);

r₁ – плотность горячего теплоносителя, кг/м³;

r₁ – удельная теплота конденсации, Дж/кг;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

m₁ – динамическая вязкость горячего теплоносителя, Па×с;

        Н – высота труб, м;

Найдем коэффициент В:

,                                (*.*.4)

где  B – коэффициент;

l₂ – теплопроводность холодного теплоносителя, Вт/( м×К);

r₂ – плотность холодного теплоносителя, кг/м³;

s₂ – поверхностное натяжение, Н/м;

r₂ – удельная теплота конденсации смеси, Дж/кг;

r_п – плотность паров смеси, кг/м³;

с₂ – теплоемкость кубового остатка, Дж/(кг×К);

        m₂ – динамическая вязкость холодного теплоносителя, Па×с;

При толщине труб 2 мм и материале из нержавеющей стали с теплопроводностью 17,5 Вт/( м×К). Сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений (термическим сопротивлением со стороны греющего пара можно пренебречь),  /1, стр 76/:

,                                                                               (*.*.5)

где å(d/l) – сумма термических сопротивлений и загрязнений, Вт/(м²×К);

d - толщина стенки, м;

l_ст – теплопроводность стенки из нержавеющей стали, Вт/( м×К);

r_загр – тепловая проводимость загрязнений со стороны смеси, м²×К /Вт;

r_загр  =  5800 м²×К /Вт,  /4, стр  531/.

Чтобы найти удельную тепловую нагрузку необходимо решить следующее уравнение, /1, стр 76/:

,                                (*.*.6)

Решив уравнение подбором, получаем:

q = 35641 Вт/кг.

Требуемая поверхность составит:

,                                                                                                             (*.*.7)

где F – площадь поверхности теплообмена, м²;

Q – теплота, расходующаяся в процессе теплообмена, Вт;

q – удельная тепловая нагрузка, Вт/м²;

В соответствии с вычисленной поверхностью, окончательно принимаем испаритель с диаметром кожуха 600 мм, трубы 25´2 мм, с числом труб 257 и площадью поверхности 61 м². Запас поверхности составит:

Запас поверхности достаточен. Масса аппарата 1810 кг.

*.3 Дефлегматор-конденсатор

Рассчитаем и подберем нормализованный вариант конструкции кожухотрубчатого конденсатора для конденсации паров. Расход дистиллята         G₁ = 1,13 кг/с. Удельная теплота конденсации при температуре 81,7 °С составляет 391590 Дж/кг. Физико-химические свойства конденсата при температуре конденсации, /4, стр 550, 557, 561/:

r₁ = 812,67 кг/м³;                                            m₁ = 0,312*10^-3 Па×с;   

l₁ = 0,131 Вт/(м×К);

Тепло отводится водой с начальной температурой 25 и конечной 40 °С.

Температурная схема

81,7         ¾         81,7

 25          ®            40

Dt_б = 56,7              Dt_м = 41,7

Средняя разность температур:

,                                                                                       (*.3.1)

где  Dt_ср – средняя разность температур, °С;

Dt_б – большая разность температур, °С;

Dt_м – меньшая разность температур, °С;

Примем индекс “1” для горячего теплоносителя и - “2” для холодного.

Средняя температура холодного теплоносителя (охлаждающая вода):

,                                                                                               (*.3.2)

где  t₂ – средняя температура охлаждающей воды, °С;

        t₁ – температура пара, °С;

       Dt_ср – средняя разность температур, °С;

Объемный расход холодного теплоносителя (воды) V₂ = 0,02212 м³/с. Расход теплоты при теплообмене Q = 1853888 Вт. Физико-химические свойства холодного теплоносителя при средней температуре,  /4, стр 428, 516, 561, 562/:

r₂ = 994,1 кг/м³;                                         m₂ = 0,759*10^-3 Па×с;   

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