Тип теплообменника - вертикальный

Наружный диаметр труб, м 0.025

Длина труб, м 6

Число ходов 2

Общее число труб, шт. 100

Запас поверхности составляет 34%, с допустимым приближением можно использовать данный холодильник.

6.1.5 Холодильник дистиллята.

Рассчитать и подобрать нормализованный теплообменник типа «труба в трубе» для теплообмена между органической жидкостью и водой. Горячий раствор в количестве W=1,822 кг/c охлаждается от tн=56⁰С до tк=40⁰С. Начальная температура воды равна t=20⁰С. Затем она нагревается до 30⁰С. Физико-химические свойства органической жидкости =0,163 Вт/м*К, =746 кг/м3, =0,233 мПа*с, с=2,32 КДж/кг*⁰С Водой смесь охлаждается, вода меняет температуру с t=20⁰С до t=30⁰С. При этой температуре с=4,179 КДж/кг*0С, =0,606 Вт/м*К, =0,891 мПа*с ,=997 кг/м3

Расчет холодильника дистиллята .

1. Тепловая нагрузка аппарата.

Q=1,822*2,32*16=67,6 кВт

2.Расход воды.

G_воды=Q/(С*t_воды) Gводы=67,6 *10³/10*4.179*10³=1,62 кг/с;

3.Средняя разность температур.

t_ср= (t_б - t_м)/ln(t_б/ t_м)

82

t_б=52; t_м=10

t_ср=(52 – 10)/ln(52/10)=25,5 ⁰С 30 30

20

Рассмотрим аппарат, изготовленный из труб 219х6 (наружная труба) и 159х4,5 (внутренняя труба). Скорость воды в трубах:

^’=10000/d*=10000*0.000891/(0.15*997)=0.06

Число параллельно работающих труб 48х4 мм, при этом:

n^’==1,62/(0.785*0.15²*0.06*997)=1.54

Примем n=1, определим скорость и критерий Рейнольдса для воды:

₂=1,62/(0,785*0,15²*1*997)=0,092

Re₂=*d*/=0.092*0.15*997/0.000891=15431

Для органической жидкости:

₁=1,822/(0,785*(0,207²-0,159²)*1*746)=0,177

Re₁=*d*/=0.177*(0,207-0,159)*746/0.000233=27184

Теплоотдача обоих потоков описывается уравнением, при расчете пренебрегаем поправкой :

Для органической жидкости:

Pr₁=2319*0,000233/0,163=3,32

Nu₁=0.021*1*27184^0.8*3,32^0.43=124

₁=124*0.163/(0,207-0,159)=421,3 Вт/м²*К

Для воды:

Pr₁=4179*0,000891/0,606=6,14

Nu₁=0.021*1*15431^0.8*6,14^0.43=102,8

₁=102,8*0.606/0.04=415,23 Вт/м²*К

=2/5800+0,04/17,5=0,000573 Вт/м²*К

Требуемая поверхность:

Поверхность теплообмена 1 хода 6 м²

Число элементов в секции:

N=F_p/(n*F₁)=17,884/1*6=2,97

Принимаем чило элементов в одной секции 4 штуки.

Запас поверхности:

Тип теплообменника – горизонтальный «трубу в трубе»

Диаметр внутренних труб, м 38х3,5

Диаметр наружных труб, м 76х4

Длина труб, м 14

Число ходов 6

Запас поверхности составляет 34,47%, с допустимым приближением можно использовать данный холодильник, если брать 3 хода то запас поверхности составит 0,86%, что недопустимо.

6.2 Расчет тепловой изоляции.

Определить толщину тепловой изоляции. Для этого воспользуемся равенством удельных тепловых потоков через слой изоляции от поверхности изоляции в окружающую среду [2. c. 177]:

_в*(t_ст2 - t_в)=(_и/_и)*(t_ст1 - t_ст2),

где _в=9.3+0.058*t_ст2 - коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду, Вт/м2*К; t_ст2 - температура изоляции со стороны окружающей среды; t_ст1 - температура изоляции со стороны аппарата,t_ст1=tгр пара; t_в - температура окружающей среды, 0⁰С; _и - коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/м*К.

Рассчитаем толщину тепловой изоляции:

_в=9.3+0.058*(110-40)=11,91 Вт/м2*К.

В качестве материала для тепловой изоляции выберем винипласт, имеющей коэффициент теплопроводности и=0.163 Вт/м*К. [6. c. 529 табл. XXVIII)

Толщина тепловой изоляции равна:

м.

Определим удельную тепловую нагрузку потерь тепла в окружающую среду, отнесенную к единице поверхности:

, .

Подставив численные значения в формулы, получим:

Вт/м2*К,

Вт/м2.

Далее вычислим общую тепловую нагрузку Q, Вт:

,

где F - поверхность теплообмена, м2: для кипятильника

м2,

отсюда Вт.

По условию потери тепла не должны превышать 5% от Qп, проверим это условие:

%= (погрешность составляет 0.27 %)

отсюда Qп 0.05Qк.