5 Подбор вспомогательного оборудования

5.1 Подбор холодильника газовой смеси

Необходимо рассчитать и подобрать теплообменник для охлаждения газовой смеси от 56^оС до 26^оС, расход которого равен 1,63 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.

5.1.1 Температурные условия процесса. В качестве второго теплоносителя используется речная вода с начальной температурой t_н2 = 15 C и конечной t_к2 = 45C.

Распределение температур теплоносителей на концах теплообменника представлено на рисунке 5.1.

Г азовая смесь 56C 26 C

Вода 20C 15 C

Рисунок 5.1 – Распределение температур теплоносителей на концах теплообменника

Для определения большей и меньшей разности температур на концах теплообменника служат следующие уравнения (5.1), (5.2) [1]:

, (5.1)

, (5.2)

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 = 56 – 20 = 36 ºС.

В виду того, что:

,

то средняя разница температур определяется [1]:

, (5.3)

.

Рассчитаем среднюю температуру поглотителя в теплообменнике [1]:

(5.4)

.

Средняя температура речной воды рассчитывается по формуле[1]:

t_ср2 = t_ср1-t_ср, (5.5)

t_ср2=39–21,1 = 17,9°С.

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

, (5.6)

где G₁– расход газовой смеси, G₁=1,755 ;

с₁–средняя теплоемкость газовой смеси при t_ср1=39C [1]:

(5.7)

t_н1– начальная температура теплоносителя, C;

t_к1– конечная температура теплоносителя, С;

Тепловая нагрузка, согласно уравнению (5.6) составляет:

.

5.1.3 Определение ориентировочной поверхности теплообмена. Для определения ориентировочной поверхности теплообменаFор, м2, служит уравнение (5.8) [2]:

, (5.8)

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 = 40 Вт/(м²∙К). При этом ориентировочное значение поверхности теплообмена составит:

Принимаем 4 аппарата, чтобы обеспечить запас поверхности теплообмена:

Расход холодного теплоносителя[1]:

G₂ = Q/(c·(t_к2 – t_н2)), (5.9)

где G₂– расход речной воды, ;

с₂–средняя теплоемкость речной воды при t_ср1=17,9C, с₁ = 4190 [3];

t_н2– начальная температура теплоносителя, C;

t_к2– конечная температура теплоносителя, С.

Тепловая нагрузка, согласно уравнению (5.6) составляет:

G₂= 52915,356/(4190·(20– 15)) = 2,53 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 5.1 – Параметры выбранного теплообменника

Диаметр кожуха, мм	800
Диаметр труб, мм	252
Общим числом труб, шт.	442
Числом ходов	2
Длиной труб, м	2
Поверхность теплообмена, м2	69