2.4 Тепловая нагрузка конденсатора-холодильника

Общая тепловая нагрузка конденсатора-холодильника складывается из тепловых нагрузок обеих зон.

Тепловая нагрузка первой зоны с достаточной точностью может быть определена из выражения:

(22)

где Y₁ – количество горячего теплоносителя, определяется:

(23)

r – скрытая теплота конденсации исходной смеси, определяется по правилу аддитивности:

(24)

где x1 и x2 – массовые доли этилового и бутилового спиртов в смеси;

r1 и r2 – их теплоты конденсации при температуре Тк.

r=851*0.94+633*0.06=837.92 кДж/кг

Тепловая нагрузка второй зоны определяется из выражения:

(25)

где С- удельная теплоемкость смеси,

Удельная теплоемкость смеси С определяется по правилу аддитивности при средней температуре конденсата во второй зоне.

(26)

где С=3,22 кДж/(кг * град), С=2,98 кДж/(кг*град)– удельные теплоемкости соответственно этилового и бутилового спиртов

Общая тепловая нагрузка конденсатора-холодильника составляет:

(27)

2.5 Расход воды в конденсаторе-холодильнике

Расход воды определяется из уравнения теплового баланса аппарата. Без учета потерь в окружающую среду (аппарат покрыт теплоизоляцией) все тепло, отданное горячим теплоносителем, будет принято холодным теплоносителем, т.е. :

(28)

где Y₂ – расход воды, ;

С_в = 4,190- удельная теплоемкость воды при ее средней температуре в аппарате.

Откуда:

(29)

Промежуточная температура воды τ в конце первой или в начале второй зоны определяется из уравнения теплового баланса любой из зон.

Тепловой баланс первой зоны имеет вид:

(30)

Откуда:

(31)

Для ориентировочного выбора типа конденсатора-холодильника из уравнения теплопередачи рассчитывается поверхность теплообмена аппарата

, (32)

где К – коэффициент теплопередачи, ;

Δt_ср – средний температурный напор, ºС.

На основании практических данных для водяного конденсатора-холодильника принимаем коэффициент теплопередачи К= 300 .

Средний температурный напор (средняя разностьтемператур) определим по формулеГрасгоффа:

,

где:

Δt_б = T₁ – t₂ = 83,4-40 = 34ºС

Δt_м = T₂ – t₁ = 40 – 25 = 15ºС

Тогда поверхность теплообмена будет равна:

Руководствуясь рекомендациями по проектированию поверхностных теплообменников, направляем холодный теплоноситель – воду в трубное пространство, а горячий - в межтрубное. Примем скорость воды в трубах и определим площадь сечения одного хода по трубам, обеспечивающего принятую скорость

, (36)

где - плотность воды при её средней температуре в аппарате

По полученному числовому значению поверхности теплообмена и площади сечения одного хода по трубам выбираем конденсатор – холодильник с неподвижными трубными решетками, горизонтальный. ГОСТ 15121, ГОСТ 15118.

Краткая техническая характеристика аппарата:

Диаметр кожуха внутренний, мм 1200

Диаметр труб наружный, мм 20

Толщина стенки труб, мм 2

Длина трубы, мм 4000

Число ходов по трубам 6

Общее число труб, шт 1544

Площадь сечения одного хода по трубам, м² 0,03

Площадь самого узкого сечения потока в межтрубном пространстве 0,093

Поверхность теплообмена, м² 388

Общая поверхность теплопередачи равна суммарной поверхности двух зон

F = F₁ + F₂