теплообмен_в_хт[1]

Таблица 14.3

Теплофизические свойства бензола и толуола и их смеси при 114°С

6. Для расчѐта тепловой нагрузки на кипятильник надо понимать, на что в нѐм тратится тепловая энергия. Вошедшая в аппарат жидкость частично испарилась ( G2,п 6,59 кг/с ), а оставшаяся часть

G2,ж 4,52 кг/с нагрелась от t2н 112о С до t2к 116о С . Следовательно, тепловая нагрузка на аппарат будет равна

QG2,п r2 G2,ж c2 t2к t2н

6,59 363000 4,52 2125 116 112 2425920 Bт.

7.Согласно заданию, в качестве теплоносителя предлагается использовать насыщенный водяной пар, давление которого нужно выбрать самостоятельно. В пункте 3 главы 10 мы уже сталкивались с проблемой выбора давления пара. Руководствуясь изложенными там соображениями, выбираем по приложению 9 насыщенный водяной пар с абсолютным давлением Р1= 0,4905 МПа = 5 ат. Температура

конденсации такого пара 151ºС, а теплота конденсации r1 = 2117 кДж/кг.

Теоретический расход пара составит

Фактический расход пара с учѐтом влажности 5 % и потерь теплоты в окружающую среду 3 %

151

G1 1,15 1,08 1,24 кгс .

8. Расчѐт средней разности температур. Насыщенный водяной пар должен подаваться в межтрубное пространство кипятильника в верхний штуцер, а его конденсат будет выводиться через нижний штуцер. Жидкость должна поступать в трубное пространство аппарата через нижний штуцер, а парожидкостная смесь будет выводиться сверху. Поэтому в аппарате будет организован чистый противоток. Схему процесса и расчѐт средней разности температур при противотоке иллюстрирует рис. 14.5.

Среднюю разность температур вычислим по формуле (5.1):

9. Согласно экспериментальным данным (приложение 10) в кипятильниках коэффициент теплопередачи может принимать значения

152

По приложению 16 принимаем к установке кипятильник со следующими характеристиками (табл. 14.4).

Эскиз выбранного кипятильника показан на рис. 14.6. Следует помнить, что вертикальные термосифонные кипятильники могут быть только одноходовыми.

Необходимо отметить, что ГОСТ на испарители (кипятильники) предусматривает довольно мало типоразмеров аппаратов (приложение 16). Это может затруднить выбор аппарата. Поэтому в практике технологического проектирования принято использовать в качестве вертикальных термосифонных кипятильников обычные теплообменники, но исключительно одноходовые. Кроме того, в них необходимо убрать поперечные перегородки в межтрубном пространстве и подобрать соответствующие штуцеры. Всѐ это указывается при заполнении опросного листа завода-изготовителя.

Теперь начинается поверочный расчѐт выбранного теплообменника. Его цель – проверить, справится ли выбранный аппарат с поставленной задачей. В предыдущих примерах мы сразу вычисляли значения коэффициентов теплопередачи, а от них – требуемую поверхность. Но в расчѐте кипятильника есть своя особенность. Для расчѐта коэффициента теплоотдачи от стенок трубного пучка к кипящей жидкости мы будем использовать метод последовательного приближения.

153

11. Теперь самый сложный пункт – расчѐт коэффициента теплоотдачи от труб к кипящей жидкости 2 . При пузырьковом кипении в трубах коэффициент теплоотдачи находится по уравнению [1, с. 165]

где коэффициент B вычисляется по эмпирической формуле

где 2 , 2 , 2 , 2 – теплопроводность, плотность, поверхностное натяжение и динамическая вязкость кипящей жидкости при еѐ средней температуре в аппарате, 2,п – плотность образующегося при кипении пара при рабочих условиях в аппарате. Все величины должны быть выражены в системе СИ.

Сложность расчѐта в том, что температура стенки tст2 в уравнении (14.8) неизвестна (рис. 14.7). Мы будем задаваться еѐ значением и проверять правильность выбора.

Водяной пар

t1cp 1510 C

tст1 tст2

t2cp tкип 1140 C

Кипящая жидкость

155

11.1. Находим плотность пара 2,п при рабочих условиях. По-

добный расчѐт мы уже делали при расчѐте конденсатора (пункт 17 главы 13).

Тогда значение коэффициента В уравнения (14.9) составит

Теперь задаѐмся первым значением температуры стенки tст2 1280 C и вычисляем по уравнению (14.8) коэффициент теплоотдачи к кипящей жидкости

11.2. Для расчѐта коэффициента теплопередачи К по уравнению (7.12) принимаем тепловую проводимость загрязнений стенки трубы

температуры стенки со стороны кипящей жидкости tстр ,2 :

156

12. При температуре стенки tст2 1320 C получаем:

коэффициент теплоотдачи 2 2015 Вт ;

м2К

коэффициент теплопередачи K 982 Вт ; м2К

требуемая площадь поверхности теплопередачи Fр 67 м2.

13.Запас площади поверхности теплопередачи

81 67 100 21%, 67

что укладывается в нормы проектирования. Однако следует иметь в виду, что точность расчѐта кипятильника составляет, увы, 35 % [1,

с. 165].

158

14. Плотность теплового потока в выбранном кипятильнике

что на порядок меньше критических значений 100 350 кВт . Так что м2

рассчитывать критическую плотность теплового потока по уравнению (14.2) не требуется.

15. Расчѐт диаметров штуцеров.

В практике технологических расчѐтов этот пункт, как правило, не выполняется – завод-изготовитель теплообменной аппаратуры руководствуется ГОСТом и сам устанавливает штуцеры необходимого диаметра. Мы делаем такой расчѐт с чисто учебной целью.

У выбранного к установке аппарата четыре штуцера (рис. 14.6): штуцер А для вывода парожидкостной смеси из аппарата в колонну, штуцер Б для ввода кипящей жидкости, штуцер В для ввода водяного пара и штуцер Г для вывода конденсата из кипятильника.

Согласно рекомендованным значениям скоростей потоков (табл. 10.6) принимаем скорость пара в штуцере А равной 25 м/с. Тогда диаметр штуцера А для выхода из трубного пространства кипятильника

По ГОСТу, диаметр штуцера для выхода пара на испарители при диаметре кожуха 600 мм (приложение 14) dА Dy2 300 мм. Расчѐтный диаметр соответствует ГОСТу.

Расчѐт диаметра штуцера Б. Задаѐмся скоростью входа жидкости из куба колонны в кипятильник 1,5 м/с. Тогда диаметр штуцера Б для входа жидкости в трубное пространство кипятильника рассчитывается из выражения

159