Расчет теплообменного аппарата для нагрева 4 кг/с 27 % раствора бензола в толуоле от 18 до 97,9 градусов, страница 3

7.1.2 Расчет гидравлического сопротивления

Скорость жидкости в трубах:

,                                                                                    (*.*.2.1)

где  w_{тр. 2} – скорость течения жидкости в трубах, м/с;

G₂ – расход холодного теплоносителя в трубах теплообменника, кг/с;

S_тр – площадь сечения одного хода по трубам теплообменника, м²;

r₂ – плотность холодного теплоносителя, кг/м³;

 S_тр = 0,009 м²,                     /1, стр 51/.

Рассчитаем коэффициент трения, /1/:

,                                                   (*.*.2.2)

где  l – коэффициент трения;

e - относительная шероховатость труб;

Re₂ – критерий Рейнольдса;

,                                                                                                       (*.*.2.3)

где  e - относительная шероховатость труб;

D - абсолютная шероховатость труб, мм;

d₂ – диаметр труб теплообменника, мм;

D = 0,2 мм        /1, стр 14/ (трубы стальные с незначительной коррозией).

Скорость в штуцерах:

,                                                                           (*.*.2.4)

где  w_шт – скорость течения жидкости в штуцерах, м/с;

G₂ – расход холодного теплоносителя в трубах теплообменника, кг/с;

d_шт – диаметр штуцеров в распределительной камере, м;

r₂ – плотность холодного теплоносителя, кг/м³;

d_шт = 0,1 м        /1, стр 55/.

Гидравлическое сопротивление трубного пространства:

,  (*.*.2.5)

где  Dр₂ – гидравлическое сопротивление трубного пространства, Па;

l – коэффициент трения;

L – длина труб, м;

z – число ходов;

d₂ – диаметр труб теплообменника, м;

w₂ – скорость течения жидкости в трубах, м/с;

r₂ – плотность холодного теплоносителя, кг/м³;

w_шт – скорость течения жидкости в штуцерах, м/с;

*.2 Кипятильник

Рассчитать и подобрать нормализованный вариант конструкции кожухотрубчатого испарителя ректификационной колонны с получением паров смеси бензол-толуол. Смесь кипит при t = 109,5 °С. Кубовый остаток имеет следующие физико-химические характеристики /4, стр 427-428, 516-517, 561, 562/:

r₂ = 777,6 кг/м³;                                            m₂ = 0,252*10^-3 Па×с;   

l₂ = 0,1163 Вт/(м×К);                                    с₂ = 1886,5 Дж/(кг×К);

Теплоту парообразования кубового остатка найдем по справочным данным, /4, стр 541/.      r₂ = 362,9 кДж/кг.

Поверхностное натяжение у бензола и толуола практически одинаковое, поэтому можно принять за поверхностное натяжение смеси поверхностное натяжение толуола (s₂ = 18,9*10^-3 Н/м),  /4, стр 527/.

Плотность паров при атмосферном давлении:

     ,                                                                                       (*.*.1)

где  r₂ – плотность холодного теплоносителя, кг/м³;

М – молярная масса, кг/моль;

Т₀, Т – соответственно температура при нормальных условиях и рабочая, К;

В качестве горячего теплоносителя используется насыщенный водяной пар под давлением 0,45 МПа. Удельная теплота конденсации r₁ = 2129 кДж/кг, температура конденсации t₁ = 147 °С. Физико-химические характеристики теплоносителя при данной температуре, /4, стр 550, 557, 561/:

r₁ = 922,75 кг/м³;                                            m₁ = 0,014*10^-3 Па×с;   

l₁ = 0,6 Вт/(м×К);

Тепловая нагрузка составляет Q = 1938,864 кВт, расход греющего пара  -    G₁ = 0,959 кг/с.

Средняя разность температур:

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

К_ор = 1400 Вт/(м×К).

Ориентировочное значение требуемой поверхности:

,                                                                                            (*.*.2)

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;

Предварительно подбираем испаритель с диаметром кожуха 600 мм, высотой труб 3 м, диаметром труб 25´2 мм и площадью поверхности 61 м².