5.5. Расчёт кожухотрубного холодильника кубового остатка:

В холодильнике кубового остатка продукт охлаждается от температуры кипения до 30 градусов Цельсия водой, которая нагревается от 20 до 30 градусов Цельсия.

Свойства воды:

t_в1= 20 ºC

t_в2= 30 ºC

t_ср= (20 + 30)/2 = 25 ºC

λ_в= 0,5815 Вт/(м∙К)

μ_в= 0,0009005 Па∙с

ρ_в= 996,5 кг/м³

С_в= 4190 Дж/(кг∙К)

Коэффициент объемного расширения β = 0,000255 1/К

Свойства смеси:

t_н= 98 ºC

t_к= 30 ºC

t_ср= (98 + 30)/2 = 64 ºC

Теплопроводность жидкости

λ_{(этанол)} = 0,1558Вт/(м∙К)

λ _(вода) = 0,655 Вт/(м∙К)

=0,65 Вт/(м∙К)

Вязкость жидкости

μ _{(этанол)} = 0,000557 Па∙с

μ _(вода) = 0,000442 Па∙с

μ = 0,000443 Па∙с

Теплоемкость:

С _{(этанол)} = 2831,8 Дж/(кг∙К)

С_(вода) = 4186,52 Дж/(кг∙К)

С = 4173 Дж/(кг∙К)

Тепловая нагрузка

Q= 231776 Вт

Расход воды

G_в=Q/(C_в∙(t_в1–t_в2))

G_в= 231776/(4190 ∙ (30 – 20)) = 5,53 кг/с

Расход охлаждаемой смеси:

G=Q/(C∙(t_н–t_к))

G= 231776/(4173 ∙ (98 – 30)) = 0,817 кг/с

Средняя разность температур:

(98 – 30) – (30 – 20)

Δt_ср= ──────────── = 30,26 ºC

98 - 30

ln────

30 – 20

Коэффициент, учитывающий снижение средней движущей силе при смешанном токе

ε_Δt= 1

Сумма термических сопротивлений

δ = 0,002 м

λ_ст= 17,5 Вт/(м∙К)

1/r_{загр орг.пар}. = 11600 Вт/(м∙К)

1/r_вода. = 1860 Вт/(м∙К)

δ 0,002 1 1

Σ ── = ──── + ──── + ──── = 0,000738

λ 17,5 11600 1860

Коэффициент теплоотдачи в тр пространстве, αтр, Вт/(м²∙К)	Коэффициент теплоотдачи в мтр пространстве, αмтр, Вт/(м²∙К)	Коэффициент теплопередачи, Вт/(м²∙К)	Поверхность теплообмена, Fм²	Число Reв трубах	Число Reв межтрубном пространстве
2267,08	1528,66	545,48	6,64	10063,1	5122,9

Выбор теплообменника:

Диаметр кожуха, D мм	400
Диаметр труб d, мм	25 Х 2
Число ходов, z	1
Число труб n, шт	37
Поверхность теплообмена, Fм²	9
Длина труб l, м	3
Площадь наиболее узкого сечения потока в мтр пространстве, м²	0,009

Запас поверхности теплообмена:

Δ = (9 – 6,64)/9 = 26 %

6. Выбор насосов.

Основными типами насосов, применяемых в химической технологии, являются центробежные, поршневые и осевые насосы. Для обеспечения плавной и непрерывной подачи перекачиваемой жидкости при достаточно высоких значениях к.п.д. будем использовать центробежные насосы. Они относительно просто устроены, что обеспечивает надежность и достаточную долговечность. Также они отличаются компактностью установки за счет простоты соединения с высокооборотными двигателями.

Насос для подачи исходной смеси из емкости в подогреватель.

Расход исходной жидкости F= 1,11 кг/с

Плотность жидкости при 20 ºCρ_20º= 936 кг/м³

Вязкость при 20 ºCμ_20º= 0,001062 Па∙с

Объемный расход жидкости Q=F/ρ

Q= 1,11/935,6 = 0,00186 м³/с

Примем среднюю скорость для всасывающего и нагнетательного трубопроводов 2 м/с

Диаметр трубопровода:

d_тр= (4∙Q/(π∙w))^1/2

4 ∙ 0.00186

d_тр= ──────── = 0.027 м = 27 мм

π ∙ 2

По ГОСТу выбираем трубы с наружным диаметром 38 мм и толщиной стенки 4 мм.

Фактическая скорость в трубах

4 ∙ 0,00186

w= ─────── = 1,68 м/с

π ∙ 0,03²

Выбор насоса конкретной марки выбирают по напору и мощности при заданной подаче.

Значение критерия Рейнольдса

w∙d∙ρ

Re= ─────

μ

1,68 ∙ 0,03 ∙ 936

Re= ──────────── = 44420

0,001062

Значение абсолютной шероховатости Δ = 0,0002 м

Относительная шероховатость e= Δ/d= 0,0002/0,03 = 0,00667

1/е = 1/0,00667 = 150

10/е = 1500

560/е = 84000

10/е < Re< 560/е что соответствует зоне смешанного трения

Коэффициент трения:

λ = 0,11 ∙ (е + 68/Re)^0,25

λ = 0,11 ∙ (0,00667 + 68/44420)^0,25= 0,033

Примем:

Длина всасывающего трубопровода 15 м

Длина нагнетательного трубопровода 4 м

Геометрическая высота 4 м

На всасывающей линии 1 нормальный вентиль, 1 колено под углом 90º

На нагнетательной линии 1 нормальный вентиль, 1 колено под углом 90º

Всасывающая линия:

Вход (с острыми краями)	ξ1 = 0,5	1
Вентиль нормальный	ξ2 = 4,69	1
1 колено под углом 90º	ξ3 = 0,06	1

Σξ = 1 ∙ 0,5 + 4,69 ∙ 1 + 0,06 ∙ 1 = 5,25

Потери напора:

h_пот= (λ ∙l/d+ Σξ) ∙w²/2g

h_пот = (0.033 ∙ 15/0,03 +5,25) ∙ 1,68²/2∙9,81 = 3,13 м

Нагнетательная линия:

Выход	ξ1 = 1	1
Вентиль нормальный	ξ2 = 4,69	1
1 колено под углом 90º	ξ3 = 0,06	1

Σξ = 1 ∙ 1 + 4,69 ∙ 1 + 0,06 ∙ 1 = 5,75

Потери напора:

h_пот= (0.033 ∙ 4/0,03 + 5,75) ∙ 1,68²/2∙9,81 = 1,46 м

Общие потери напора:

h_пот= 3.12 + 1.46 = 4,59 м

Потребный напор насоса:

Р₂- Р₁

Н = ───── + Н_г+h_пот

ρ ∙ g

Н = Н_г+h_пот= 4 + 4,59 = 8,59 м

Полезная мощность насоса:

N_п= ρ ∙ g ∙ Q ∙ H

N_п= 936 ∙ 9,81 ∙ 0,00186 ∙ 8,59 = 0,147 кВт

Мощность на валу насоса:

N=N_п/η

N= 0,147/0,4 = 0,3675 кВт

Выбор насоса:

Марка	Х8/18
Qм³/с	0,0024
Н, м	11,3
n, 1/с	48,3
Η	0,4
Электродвигатель: Тип	АО2-31-2
N, кВт	3
η дв	-