5 Подбор вспомогательного оборудования
5.1 Выбор подогревателя исходного раствора
Рассчитываем теплообменник в котором раствор подогревается от начальной температуры tН =18 ºС до требуемой температуры tк =59,96 ºС. В качестве греющего агента принимаем греющий пар tгр = 95,14°C с Ргп=85 кПа.
Находим среднюю температуру холодного теплоносителя по формуле:
,
(5.1)
Подставляя известные данные в формулу получаем:
Определяем тепловую нагрузку теплообменника по уравнению:
,
(5.2)
где GH – расход подогреваемого раствора, кг/с.
сн — теплоемкость раствора при исходной концентрации, Дж/кг·°C.
Gн = 5 кг/с;
сн = 3181,74 Дж/кг·°C– по данным, приведенным в справочнике [3], tк=75,68°C (см. расчет выпарного аппарата).
Подставляя известные данные в формулу получаем:
.
Определяем расход греющего пара по формуле:
,
(5.3)
где коэффициент 1,03 учитывает потери теплоты,
r – теплота парообразования греющего пара при tгр, Дж/кг.
Подставляя известные данные в формулу получаем:
r= 2270,0 кДж/кг [1].
.
Определяем среднелогарифмическую разность температур:
,
(5.4)
где ΔtБ – большая разность температур, ºС;
Δtм – меньшая разность температур, ºС.
Принимаем противоток.
95,140C >95,140C
59,960C < 180C
,
.
,
.
Подставляя известные данные в формулу определяем среднелогарифмическую разность температур:
.
Приблизительную поверхность теплопередачи рассчитывают по формуле:
,
(5.5)
где Кор – приблизительное значение коэффициента теплопередачи, Вт/м²·К.
Принимаем для нашего аппарата ориентировочное значение коэффициента теплопередачи Кор=600 Вт/м2 К. Тогда ориентировочное значение поверхности теплообмена составит:
.
Рассчитаем количество труб, приходящихся на один ход nx:
,
(5.6)
где n – общее количество труб теплообменника;
z – количество ходов трубного пространства;
d – внутренний диаметр труб теплообменника, м;
µ – вязкость теплоносителя при tср., Па·с .
µ =5,3438·10-4 Па·с [1].
Принимаем ориентировочное значение Re = 15000. Это соответствует развитому турбулентному режиму течения жидкости в трубах.
Подставляя известные данные в формулу определяем:
Для труб диаметром dн=20×2мм.
.
Для труб диаметром dн=25×2мм.
Из таблицы 2.3 [2] выбираем теплообменник с близкой поверхностью теплообмена и соотношением n/z. Теплообменник обладает следующими характеристиками: диаметр кожуха D = 400 мм; поверхность теплообмена F = 31,0 м2; длина труб L = 4 м; число ходов z = 2; число труб n = 100; диаметр трубы d=25×2.
Рассчитаем действительное значение критерия Рейнольдса при движении воды в трубах ReТР по [2]:
(5.7)
G = 5 кг/с; = 5,3438 · 10-4 Па · с – по данным, приведенным в справочнике [1]; dВН = 0,021 м; z = 2; n = 100 – по [3] таблица 2.3.
Определим коэффициент Прандтля для потока в трубном PrТР по [3]:
(5.8)
где С – теплоемкость конденсата, Дж/(кг·°С);
λ – коэффициент теплопроводности, Вт/(м ·К).
С = 4190 Дж/(кг·°С); = 5,3438 · 10-4 Па · с; λ = 647,8· 10-3 Вт/(м ·°С) – по данным, приведенным в справочнике [1].
Пренебрегая поправкой (Pr/Prст)0.25 рассчитаем коэффициент теплоотдачи α2 к жидкости по [2] формула(2.12):
(5.9)
Коэффициент теплоотдачи от пара α1, конденсирующегося на пучке вертикально расположенных труб рассчитаем [2] по уравнению (2.24).
(5.10)
ρ=958,5кг/м3; λ = 677· 10-3 Вт/(м ·°С); dВН = 0,021м; n = 100; = 2,825. 10-4 Па · с – по данным, приведенным в справочнике [1]; Gн = 2.77 кг/с.
Определим сумму термических сопротивлений стенки трубы и загрязнений по [3]:
(5.11)
где λСТ – коэффициент теплопроводности стенки из нержавеющей стали, Вт/(м·К);
δСТ – толщина стенки трубы конденсатора, м;
rB и rА – термические сопротивления слоев загрязнений на стенках со стороны воды и паров соответственно, Вт/(м2 ·К).
λСТ = 16,4942 Вт/(м·К) – по [4] таблица XXVIII; δСТ = 0,002 м – по [2] таблица 2.9; для воды среднего качества rB = 2900 Вт/(м2 ·К); для растворов солей rА = 2900 Вт/(м2 ·К) – по [3] таблица 2.2.
Определим коэффициент теплопередачи по [2] формула (2.19):
(5.12)
Найдем требуемую поверхность теплопередачи FТ по [2] формула (4.73):
(5.13)
где Q – тепловая нагрузка, Вт;
ΔtСР – средняя разность температур в дефлегматоре, 0С.
Определим запас поверхности теплопередачи теплообменника, выбранного по [2] таблица 2.3 по формуле:
(5.14)
где F и FT – табличное и рассчитанное значение поверхности теплопередачи, м2.
