3.5. Расчет кожухотрубчатого испарителя [6]

Рассчитать и подобрать нормализованный вариант конструкции кожухотрубчатого испарителя ректификационной колонны с получением кг/с паров водного раствора органической жидкости. Кипящая при небольшом избыточном давлении и температуреС жидкость имеет следующие физико-химические характеристики:

плотность кг/м³;

теплопроводность Вт/(мК);

теплоемкость Дж/(кгК);

динамическая вязкость Пас;

коэффициент поверхностного натяжения Н/м;

удельная теплота парообразования Дж/кг.

Плотность паров при атмосферном давлении кг/м³, плотность паров над кипящей жидкостью кг/м³.

В качестве теплоносителя использовать насыщенный водяной пар давлением 0,2 МПа. Удельная теплота конденсации Дж/кг, температура конденсацииС.

Физико-химические характеристики конденсата при температуре конденсации:

плотность кг/м³;

динамическая вязкость Пас;

теплопроводность Вт/(мК).

Для определения коэффициента теплоотдачи от пара, конденсирующегося на наружной поверхности труб высотой Н, используется соотношение [6], Вт/(м²К)

. (3.1)

Коэффициент теплоотдачи к кипящей в трубах жидкости определяем по формуле, Вт/(м²К)

. (3.2)

Из основного уравнения теплопередачи и уравнения аддитивности термических сопротивлений следует, что

.

Подставляя сюда выражения для и, можно получить одно уравнение относительно неизвестного удельного теплового потока:

= 0.

Решив это уравнение относительно каким-либо численным или графическим методом, можно определить требуемую поверхность, м²:

.

Расчет испарителей проводится последовательно в соответствии с общей схемой.

1) Тепловая нагрузка аппарата равна

Вт.

2) Расход греющего пара определяем из уравнения теплового баланса,

кг/с.

3) Средняя разность температур

С

В соответствии с табл. П2, поверхность, близкую к ориентировочной, могут иметь теплообменники с высотой труб H = 3,0 м или H = 2,0 м и диаметром кожуха D = 0,8 м. Принимаем H = 2,0 м и м².

Далее выполняется его уточненный расчет теплообменника.

В качестве первого приближения примем ориентировочное значение удельной тепловой нагрузки:

Вт/м².

Для определения необходимо рассчитать коэффициентыА и В по уравнениям (3.1) и (3.2)

;

.

Толщина труб 2,00 мм, материал  нержавеющая сталь; Вт/(мК). Сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений (термическим сопротивлением со стороны греющего пара можно пренебречь) равна

(м²К)/Вт

где  термическое сопротивление стенки, принятое по табл. 2.2.

Тогда

.

Принимая второе, большее значение Вт/м², получим

.

Третье, уточненное значение определяется в точке пересечения с осью абсцисс хорды, проведенной из точки1 (27616, -1,49) в точку 2 (30700; +0,3) для зависимости . Расчетным путем это определяется как

.

Получим

Вт/м²;

.

Такую точность определения корня уравнения можно считать достаточной, поскольку погрешность не превышает 5%, и Вт/м² можно считать истинной удельной тепловой нагрузкой. Тогда требуемая поверхность составит

м².

В выбранном теплообменнике запас поверхности:

%.