1.6 Определение гидравлического сопротивления абсорбера

Гидравлическое сопротивление абсорбера обуславливает энергетические затраты на транспортировку газового потока через абсорбер.

Величина ΔР определяется по формуле

ΔР = ΔР_с·10^bU, (54)

где ΔР_с – гидравлическое сопротивление сухой (не орошаемой жидкостью) насадки, Па;

U – плотность орошения, м³/(м²·с);

b – коэффициент насадки.

Гидравлическое сопротивление сухой насадки ΔР_с, Па, определяется по формуле

, (55)

где ω₀ – скорость газа в свободном сечении насадки, м/с;

λ – коэффициент сопротивления.

Скорость газа в свободном сечении насадки ω₀, м/с, определяется по формуле

, (56)

.

Коэффициент сопротивления беспорядочных насадок λ определяется по формуле

, (57)

.

Принимаем Н = 34,1 м, d_э = 0,0552 м, ω₀ = 4.17 м/с, λ = 2,47, ρ_у = 1,21 кг/м³. Подставляя эти значения в формулу (55), получим

Принимаем b = 33 [3], U = 0,024 м³/(м²·с), ΔР_с = 911,83 Па. Подставляя эти значения в формулу (54), получим

ΔР = 911,83·10^33·0,024 = 5648,25 Па.

2 Расчёт холодильника

t_1н = 180 ⁰С – начальная температура воздуха;

t_1к = 20 ⁰С – конечная температура воздуха;

t_2н = 15 ⁰С – начальная температура воды;

t_2к = 70 ⁰С – конечная температура воды.

Средняя разность температур Δt_ср, ⁰С, определяется по формуле

, (58)

.

Средняя температура воды t₂, ⁰С, определяется по формуле

t₂ = 0,5·(t_2н + t_2к), (59)

t₂ = 0,5·(70 + 15) = 42,5 ⁰С.

Средняя температура воздуха t₁, ⁰С, определяется по формуле

t₁ = t₂ + Δt_ср, (60)

t₁ = 42,5 + 34.0 = 76.5 ⁰С.

Расход теплоты Q, Вт, определяется по формуле

Q = 1,05·G₁·c₁·(t_1н – t_1к), (61)

где G₁ – производительность абсорбера по газу, кг/с;

c₁ – удельная теплоёмкость газа при t₁ = 76.5 ⁰С, Дж/(кг·К).

Производительность абсорбера по газу G₁, кг/с, определяется по формуле

G₁ = V₁·ρ₁, (62)

где ρ₁ – плотность газа при рабочих условиях, кг/м³.

Принимаем М_см = 27.2 кг/кмоль, Т₀ = 273 ⁰С, Т₁ = 349.5 ⁰С. Подставляя эти значения в формулу (18), получим

.

Имеем,

G₁ = 2.5·0,95 = 2.38 кг/с.

Принимаем c₁ = 984 Дж/(кг·К) [1], G₁ = 2.38 кг/с, t_1н = 180 ⁰С, t_1к = 20 ⁰С. Подставляя эти значения в формулу (61), получим

Q = 1,05·2.38·984·(180 – 20) = 393443 Вт.

Расход воды G₂, кг/с, определяется по формуле

, (63)

где с₂ – удельная теплоёмкость воды при t₁ = 42,5 ⁰С, Дж/(кг·К).

Принимаем с₂ = 4190 Дж/(кг·К) [1]; Q = 393443 Вт, t_2н = 15 ⁰С, t_2к = 70 ⁰С. Подставляя эти значения в формулу (63), получим

.

Объёмный расход воды V₂, м³/с, определяется по формуле

, (64)

где ρ₂ – плотность воды при t = 42,5 ⁰С.

Принимаем ρ₂ = 992 кг/м³ [1].

.

Ориентировочное значение площади поверхности теплообменника F_ор, м², определяется по формуле

, (65)

где К_ор – ориентировочное значение коэффициента теплопередачи, Вт/(м²·К).

Принимаем К_ор = 100 Вт/(м²·К) [1], Q = 393443 Вт, Δt_ср = 34 ⁰С.

.

По величине F_ор выбираем кожухотрубчатый теплообменник четырёхходовой с числом труб n = 249, диаметром труб d = 25 × 2 мм, площадью поверхности F = 78 м² [1].

Скорость течения воды в трубах ω₂, м/с, определяется по формуле

, (66)

где S_т – площадь проходных сечений одного хода по трубам, м².

Принимаем S_т = 0,032 м² [1].

.

Критерий Рейнольдса для воды Re₂ определяется по формуле

, (67)

где μ₂ – вязкость воды при t₂ = 42,5 ⁰С, Па·с.

Принимаем μ₂ = 0,6264·10^-3 Па·с [1], ω₂ = 0,053 м/с, ρ₂ = 992 кг/м³, d₂ = 0,012 м. Подставляя эти значения в формулу (67), получим

.

Критерий Нуссельта для воды Nu₂ определяется по формуле

, (68)

где ε_l – коэффициент;

Pr₂ – критерий Прандтля для воды.

Критерий Прандтля для воды Pr₂ определяется по формуле

, (69)

где λ₂ – коэффициент теплопроводности воды при t = 42,5 ⁰С, Вт/(м·К).

Принимаем λ₂ = 0,628 Вт/(м·К) [1].

.

Принимаем ε_l = 1, [1]; Re₂ = 10072, Pr₂ = 4,18. Подставляя эти значения в формулу (68), получим

.

Коэффициент теплоотдачи от стенки к воде α₂, Вт/(м²·К), определяется по формуле

, (70)

Имеем,

.

Скорость движения воздуха в межтрубном пространстве ω₁, м/с, определяется по формуле

, (71)

где S_м – проходное сечение межтрубного пространства между перегородками, м².

Принимаем S_м = 0,082 м² [1].

.

Критерий Рейнольдса для газа Re₁ определяется по формуле

, (72)

где μ₁ – вязкость газа при t₁ = 76.5 ⁰С, Па·с.

Принимаем μ₁ = 0,0132·10^-3 Па·с [1], ω₁ = 30.5 м/с, ρ₂ = 0,68 кг/м³, d₂ = 0,014 м. Подставляя эти значения в формулу (72), получим

.

Критерий Нуссельта для газа Nu₁ определяется по формуле

, (73)

где ε_ф – коэффициент, учитывающий влияние угла атаки.

Принимаем ε_ф = 0,81 [1].

Имеем,

Коэффициент теплоотдачи от газа к стенке α₁, Вт/(м²·К), определяется по формуле

, (74)

где λ₁ – коэффициент теплопроводности газа при t = 76.5 ⁰С, Вт/(м·К).

Принимаем λ₁ = 0,0212 Вт/(м·К) [1].

.

Коэффициент теплопередачи К, Вт/(м²·К), определяется по формуле

, (75)

где Σr_ст – сумма термических сопротивлений всех слоёв, из которых состоит стенка, включая слои загрязнения, (м²·К)/Вт.

Принимаем Σr_ст = 3.6·10^-4 (м²·К)/Вт.

.

Удельная тепловая нагрузка q, Вт/м²,определяется по формуле

q = K·Δt_ср, (76)

q = 226·34 = 5202 Вт/м².

Расчётная площадь поверхности теплообменника F_р, м², определяется по формуле

, (77)

.

Выбираем кожухотрубчатый холодильник четырёхходовой с числом труб n = 208, диаметром труб d = 25 × 2 мм, длиной труб L = 1.5 м, площадью поверхности F = 74 м² [1].

Площадь поверхности теплообмена одного аппарата F, м², определяется по формуле

F = π·d_ср·n·L, (78)

где d_ср – средний диаметр труб, м;

n – количество труб;

L – длина труб, м.

Принимаем d_ср = 0,064 м, n = 208, L = 1.5 м.

F = 3,14·0,064·208·1.5 = 63 м².

Запас площади поверхности теплообмена

Запас площади поверхности теплообмена достаточен.