5.2 Подбор холодильника поглотителя

Необходимо рассчитать и подобрать теплообменник для охлаждения поглотителя от 67^оС до 26^оС, расход которого равен 145,8 кг/с. Горячий теплоноситель будет иметь индекс 1, а холодный – 2.

Выбираем направление движения теплоносителей противоток. При противотоке сокращается расход холодного теплоносителя, но одновременно приводит к некоторому уменьшению средней разности температур и, соответственно, к увеличению потребной поверхности теплообмена при противотоке по сравнению с прямотоком. Однако экономический эффект, достигаемый вследствие уменьшения расхода теплоносителя при противотоке, превышает дополнительные затраты, связанные с увеличением размеров теплообменника.

5.2.1 Температурные условия процесса. В качестве второго теплоносителя используется речная вода с начальной температурой t_н2 = 15 C и конечной t_к2 = 30C.

Распределение температур теплоносителей на концах теплообменника представлено на рисунке 5.2.

Поглотитель 67C 26 C

Вода 30C 15 C

Рисунок 5.2 – Распределение температур теплоносителей на концах теплообменника

Для определения большей и меньшей разности температур на концах теплообменника служат следующие уравнения (5.10), (5.11) [1]:

, (5.10)

, (5.11)

где – начальная температура газовой смеси, C;

– конечная температурагазовой смеси, C;

– начальная температура охлаждающего теплоносителя, C;

– конечная температура охлаждающего теплоносителя, C.

Δt_м = 26 – 15 = 11 ºС,

Δt_б = 67 – 36 = 37 ºС.

В виду того, что:

,

то средняя разница температур определяется [1]:

, (5.12)

.

Рассчитаем среднюю температуру поглотителя в теплообменнике [1]:

, (5.13)

.

Средняя температура речной воды рассчитывается по формуле[1]:

t_ср2 = t_ср1-t_ср, (5.14)

t_ср2=43,3–21,5 = 21,8°С.

5.2.2 Тепловой баланс. Тепловая нагрузка или количество тепла, передаваемого в аппарате от газовой смеси к охлаждающей воде, Вт[1]:

, (5.15)

где G₁– расход поглотителя, ;

с₁–средняя теплоемкость поглотителя при t_ср1=43,3C, с₁ = 4184 [3];

t_н1– начальная температура теплоносителя, C;

t_к1– конечная температура теплоносителя, С;

Тепловая нагрузка, согласно уравнению (5.6) составляет:

.

5.2.3 Определение ориентировочной поверхности теплообмена. Для определения ориентировочной поверхности теплообменаFор, м2, служит уравнение (5.16) [2]:

, (5.16)

где К_ор– ориентировочное значение коэффициента теплопередачи;

t_ср– средняя разность температур;

Q₁– тепловая нагрузка, определенная по уравнению (5.6), Вт.

Примем минимальное ориентировочное значение коэффициента теплопередачи, соответствующее турбулентному течению К_ор = 950 Вт/(м²∙К). При этом ориентировочное значение поверхности теплообмена составит:

Расход холодного теплоносителя[1]:

G₂ = Q/(c·(t_к2 – t_н2)), (5.17)

где G₂– расход речной воды, ;

с₂–средняя теплоемкость речной воды при t_ср2=21,8C, с₁ = 4186,36 [3];

t_н2– начальная температура теплоносителя, C;

t_к2– конечная температура теплоносителя, С;

Тепловая нагрузка, согласно уравнению (5.6) составляет:

G₂= 14640652,8/(4186,36·(30– 15)) = 233,15 кг/с,

В соответствии с определенной поверхностью теплообмена по таблице 2.3 [2] принимаем теплообменник с параметрами, приведенными в таблице 5.1. по ГОСТ 15120–79.

Таблица 5.2 – Параметры выбранного теплообменника

Диаметр кожуха, мм	1200
Диаметр труб, мм	252
Общим числом труб, шт.	1048
Числом ходов	2
Длиной труб, м	9
Поверхность теплообмена, м2	740