1) Для определения расхода раствора NH4NO3 в теплообменнике необходимо сначала определить количество конденсируемого в барометрическом конденсаторе пара.
p=0,3атм – давление в конденсаторе
iв=2620*103Дж/кг –энтальпия поступающего пара
cв=4,19*103Дж/кг*К – удельная теплоемкость воды
tвн=15С – начальная температура охлаждающей воды
tвк=35С – температура уходящей воды
Gв=9000кг/ч – расход воды.
Из уравнения теплового баланса определим количество конденсируемого пара:
Gв=W*( iв- cв* tвн )/ cв*(tвк - tвн)
W= Gв* cв *( tвк - tвн)/ ( iв- cв* tвк) =295кг/ч=0,082кг/с
2) Количество конденсируемого пара конденсируемого пара это количество вторичного пара, поступающего из выпарного аппарата в конденсатор, т.е. количество удаляемого растворителя. Т. к. в выпарном аппарате количество удаляемого растворителя составляет 5% от расхода раствора NH4NO3 , то можно определить расход NH4NO3 в выпарном аппарате, а соответственно и в теплообменнике.
Gн=0,082*100/5=1,64кг/с
3) Начальная концентрация NH4NO3 в растворе:
xн= растворимость/(растворимость +100)=192/292=69%
3) Определение средних температур.
· Определение температурной депрессии:
D tтд= f* T2/r *D t`тд,
где f=0,82 – поправочный коэффициент,
T=362,3- температура кипения чистого растворителя
r=2286*103 Дж/кг- теплота парообразования
D tтд=0,82*362,32/2286*103 *(19+273)=13,75С
· Определение конечной температуры раствора NH4NO3 в теплообменнике:
tк=100+D tтд=113,75С
· Параметры насыщенного водяного пара, соответствующие заданному давлению, Ргп=3,6 атм.
температура греющего пара tгп=138,9 С
плотность греющего пара rгп=0,5303кг/м3
теплосодержание греющего пара iгп=2153 кДж/кг
теплота парообразования rгп=2738 кДж/кг
· Температура конденсирующегося пара по всей поверхности нагрева и во времени остается постоянной, поэтому взаимное направление движения теплоносителей не окажет влияния на работу теплообменника (в любом случае расход второго агента и средняя разность температур теплоносителей останутся постоянными).
· Температурная схема теплоносителей:
пар
138,9С 138,9С
113,75С 20С
раствор NH4NO3
Dtм=25,15С Dtб=118,9С
где Dtб и Dtм – движущие силы (разности температур теплоносителей) процесса теплопередачи при входе и выходе из теплообменника.
Так как отношение Dtб/Dtм=4,728 >2, среднюю разность температур теплоносителей рассчитываем, как средне логарифмическую:
Dtср=(Dtб-Dtм)/ln(Dtб/Dtм) *xDt =(118,9-25,15)/ln(118,9/25,15)=60,3С
где xDt - поправочный коэффициент средней разности температур, учитывающий отклонение взаимного направление движения теплоносителей от прямо-противотока. Так как tгп=const, то xDt=1.
· Средняя температура NH4NO3:
tср= tгп- Dtср=138,9 – 60,3=78,6С
2) NH4NO3 направляем по трубам, а пар в межтрубное пространство, так как термическое сопротивление загрязнений, образующихся на стенках трубок со стороны NH4NO3 выше, чем со стороны пара и для интенсификации теплопередачи внутренняя поверхность трубок будет нуждаться в более частой очистке. Кроме того, коэффициент теплоотдачи со стороны пара внутри трубы значительно меньше, чем снаружи, поскольку в первом случае удаление конденсата затруднено.
· Коэффициент теплоотдачи от стенки к жидкости (aNH4NO3) меньше, чем от конденсирующегося пара к стенке (aп). Для интенсификации теплопередачи необходимо увеличить aNH4NO3 за счет скорости теплоносителя до значения, обеспечивающего развитую турбулентность. Задаемся значением критерия Рейнольдса Re =12000, с таким условием, чтобы скорость ReNH4NO3=12000 лежала в допустимых для кожухотрубных теплообменников пределах (w=0,5/2м/с).
· Выбираем теплообменник типа ТП с трубками диаметром 20*1,8.
Тогда скорость (wNH4NO3) и необходимая площадь проходного сечения одного хода по трубам Fпр определяем при решении уравнения расхода и выражения для критерия Рейнольдса:
GNH4NO3= Fпр* wNH4NO3* rNH4NO3
ReNH4NO3= wNH4NO3* rNH4NO3*dв/mNH4NO3 = GNH4NO3*dв/(Fпр*mNH4NO3)
Fпр=n*p*dв2/4
где GNH4NO3= -массовый расход NH4NO3, кг/с
mNH4NO3= -динамический коэффициент вязкости, Па/с
rNH4NO3= - плотность NH4NO3, кг/м3
при его средней температуре tсрNH4NO3;
dв= - внутренний диаметр трубы, мм
d= - толщина стенки трубы, мм
n = - число труб.
12000=1,64*16,4*10-3/ Fпр*0,68*10-3
Откуда Fпр= 0,0033м2, wNH4NO3=0,427м/с .
Выбираем двухходовой теплообменник с Fпр=0,067(м2).
Определим число труб в одном ходу:
n=4*Fпр/(p*dв2)=4*7*10-3/(3,14*16,42*10-6)=33
тогда общее число труб nо=66.
Уточняем скорость и режим движения NH4NO3 в трубах:
wNH4NO3=4*GNH4NO3/n*p*dв2*rNH4NO3=4*1,64/(33*3,14*16,42*10-3*1280)=0,184м/с
ReNH4NO3= wNH4NO3* rNH4NO3*dв/mNH4NO3 =0,184*16,4*10-3*1280/(0,68*10-3)= 5680,2
Данному значению соответствует критериальное уравнение:
NuNH4NO3=18*Pr0,43*(Pr/Prст)0,25
где NuNH4NO=aNH4NO3*dв/lNH4NO3 - критерий Нуссельта,
PrNH4NO =сNH4NO3*mNH4NO3/lNH4NO3 - критерий Прандтля.
Определяющая температура – средняя температура теплоносителя (tсрNH4NO3). Определяющий размер (l)– эквивалентный диаметр поперечного сечения по NH4NO3 :
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
