Химия \ Физическая химия

Расчет выпарного аппарата. Расчет абсорбера. Расчет теплообменных аппаратов, страница 3

2. Уравнение теплового баланса

Количество теплоты, подводимое к исходной смеси в теплообменный аппарат:

Q₁ = Q₂ + Q_пот

D_гп ∙ r_гп = 1,05 ∙ G₂c₂(t_2к – t_2н),

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

G₂ = 5,79 кг/с

Q₁ = 1,05 ∙ 5,79 ∙ 2270 ∙ (70–20) = 690023, 25Вт = 0,69 ∙10⁶ Вт.

Расход греющего пара:

D_ГП = Q₁ /r_ГП = 0,69 ∙10⁶ /2208000 = 0,31 кг/с,

где r = 2208 кДж/кг – теплота конденсации пара при давлении 0,2 МПа.

3. Средняя движущая сила процесса теплопередачи

При нагреве водяным паром происходит конденсация и температура греющего агента не изменяется и равна температуре кипения воды при заданном давлении. Поэтому схема движения теплоносителей – прямо или противоток не имеет значения.

t₁ t₁ = 120 ⁰С

Δt_б Δt_м

t_2Н = 20 ⁰С t_2К = 70 ⁰С

Dt_б = t ₁ – t_2Н = 120 – 20 = 100 °С.

Dt_м= t₁– t_2К= 120 – 70 = 50 °С.

так как Dt_б/Dt_м = 100/50 = 2 то средняя разность температур рассчитывается как средняя логарифмическая величина:

Δt_ср = (Δt_б – Δt_м)/ln(Δt_б/Δt_м) = (100 - 50)/ln(100/50) = 72,14 ⁰С

Средняя температура смеси:

t_2ср = t_2к – Dt_c_р = 120 – 72,14 = 47,86 °С.

4. Ориентировочный выбор теплообменного аппарата

Греющий пар конденсируется в межтрубном пространстве, а раствор фрсфорной кислоты движется по трубам. 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,

для труб 25×2 d_вн = 0,021 м

Отношение числа труб к числу ходов:

n/z = G₂/0,785Re_орd² _внμ₂ = 5,79/(0,785 ∙ 15000 ∙ 0,021² ∙ 13,5 ∙ 10^-3) =82

Принимаем также ориентировочное значение коэффициента теплопередачи в случае нагрева водяным паром К_ор = 2000 Вт/м²∙К, тогда ориентировочная поверхность теплообмена:

F_ор = Q/K_ор Δt_ср= 0,69 ∙10⁶ / (250 ∙ 47,86) =57,9 м².

Принимаем теплообменник с близкой поверхностью теплообмена: 2-х ходовой с диаметром кожуха 400 мм и 19 трубками 25×2, с общим числом трубок 100 шт. [ 8 c.51].

5. Коэффициент теплоотдачи от стенки трубки к раствору

Коэффициент теплоотдачи рассчитывают через тепловой критерий Нуссельта:

a₂ = Nu₂l₂/d_вн,

где Nu₂ – критерий Нуссельта.

Решая совместно уравнение теплового баланса и уравнение для расчета критерия Рейнольдса, определяем площадь проходного сечения одного хода по трубам: