1.2 Ориентировочный расчет теплообменника

Водяной пар поступает в межтрубное пространство, а уксусная кислота переходит в парообразное состояние в трубах.

Значения K_max и K_min согласно таблице 3.2 [3] примем за 2500 и 300 Вт/(м²·К) соответственно.

Находим ориентировочную площадь поверхности конденсатора:

F_ор.min = = = 13,9 м²

F_ор.max = = = 115,5 м²

1.3 Уточненный расчет поверхности теплопередачи

Уточненный тепловой расчет проводится с целью уточнения поверхности теплообмена путем расчета параметров, характеризующих процесс теплообмена – коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи с учетом режимов движения потоков в предварительно выбранном аппарате [3]. Уравнение коэффициента теплопередачи для теплоносителей с постоянными температурами:

,где a₁-коэффициент теплоотдачи от греющего пара к стенке, Вт/м²К;

a₂-коэффициент теплоотдачи от стенки к кислоте, Вт/м²К;

R – сумма термических сопротивлений стенки, Вт/м²К;

t_ст,1 = T₁ – 0,1· Δ = 118-0,1·45,57 = 113,44 °С

t_пл = (T₁+ t_ст,1)/2 = (118+113,44)/2 = 115,72 °С

Параметры конденсата греющего пара при

Необходимо обозначить основные физико-химические характеристики уксусной кислоты при её температуре кипения:

• Кинематическая вязкость кислоты по номограмме V [1] при

• Плотность уксусной кислоты из таблицы [4] при температуре:

Следующие значения уксусной кислоты зависят от температуры кипения:

• Поверхностное натяжение по таблице XXIV методом интерполяции определяем [1]

Коэффициент теплопроводности по рисунку X [1]

• Удельная теплоемкость по рисунку XI [1] методом интерполяции при

• Плотность паров уксусной кислоты по уравнению Менделеева-Клапейрона при рабочем давлении:

Тогда плотность паров уксусной кислоты над кипящей жидкостью принимаем больше:

В соответствии с ГОСТ 15119-79 и ГОСТ 15121-79 из таблицы 5 [3] найдены параметры испарителя уксусной кислоты при ориентировочных значениях площади поверхоности (Таблица 2). Таблица 2 – Параметры испарителя Диаметр кожуха(внутр.), D, мм Диаметр труб, мм Число ходов Число труб Поверхность теплообмена (м2 ) При длине труб, м 2 3 4 600 252 1 257 40 61 81

Поверхность, близкую к ориентировочной, может иметь испаритель с высотой труб Н = 2 м, поверхностью теплообмена F = 40 м², и диаметром кожуха D = 0,6 м.

Примем индекс 1 для параметров горячего теплоносителя и индекс 2 для уксусной кислоты, проведем проверку.

Ориентировочное значение удельной тепловой нагрузки:

• Толщина труб 2,0 мм,

• материал – нержавеющая сталь;

• (из таблицы 2.1 [5]);

• 1/r = 5800 Вт/м² – тепловая проводимость загрянений со стороны кислоты [1];

Сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений (термическим сопротивлением со стороны греющего пара можно пренебречь) равна:

Проведем расчеты уточняющего значения q:

Примем второе значение , получим:

Третье, уточненное, значение q₃ определим в точке пересечения с осью абсцисс хорды, проведенной из точки 1( ; -7,68) в точку 2 (54000; 0,815)

Такую точность определения корня уравнения можно считать достаточной, и q = Вт/м² можно считать истинной удельной тепловой нагрузкой. Тогда требуемая поверхность составит:

В выбранном теплообменнике запас поверхности:

Коэффициент теплообмена со стороны конденсирующегося пара [5]:

Со стороны кипящей жидкости:

Коэффициент теплопередачи [5]: