5.2 Подбор холодильника поглотителя
5.2.1 Определение температурных условий процесса. Согласно заданию на проектирование поглотитель (вода) поступает с начальной температурой tн1=23°C, а температура, при которой протекает процесс абсорбции равна t=18°С. Следовательно поглотитель необходимо охладить до температуры процесса. Для этого используем кожухотрубчатый теплообменный аппарат. В качестве теплоносителя используем захоложенную воду, начальная температура которой воды 5°С [2] с.5. Примем, что захоложенная вода при проведении процесса нагревается от tн2=5°С до tк2=15°С. Температурная схема процесса приведена на рисунке 5.2.
Рисунок
5.2 - Температурная схема процесса
Из рисунка 5.2 видно, что большая движущая сила процесса тепло передачи равна Δtб=13 К, меньшая – Δtм=8 К. Отношение Δtб/ Δtм меньше 2, поэтому средняя движущая сила процесса рассчитывается по [2] формула (5):
37037\* MERGEFORMAT (.)
Средняя температура поглотителя:
5.2.2 Расчет тепловой нагрузки. Тепловую нагрузку рассчитаем по формуле 026. Расход охлаждаемого поглотителя рассчитан в разделе 4 и равен G1=98,82 кг/с. Теплоемкость поглотителя при средней температуре 20,5°С равна c1=4184 Дж/(кг∙К). Начальная температура поглотителя tн1=23°C, конечная – tн2=18°C . Подставив численные значения, получим:
5.2.3 Расчет расхода охлаждающей воды. Расход охлаждающей воды определим по формуле 028. Теплоемкость захоложенной воды при ее средней температуре 10°C равна с2=4190 Дж/(кг∙К). Расход захоложенной воды равен:
5.2.4 Расчет поверхности теплообмена. Для этого воспользуемся формулой 029. Ориентировочное значение коэффициента теплопередачи от жидкости к жидкости с учетом того, что теплоносителем является вода, можно принять равным Кп=1000 Вт/(м2∙К) [3].
Примем, что трубы в теплообменнике имеют диаметр 20×2 мм, т.е. dв=16 мм=0,016 м. Вязкость газовой смеси при средней температуре tср1=35,771°С равна μ1=0,018∙10-3 Па∙с [3] с. 547. Подставив численные значения в 030, получим:
Таким образом, необходимо принять теплообменник с числом труб на один ход не более nx=526.
С учетом рассчитаного значения Fп по [1] таблицы 2.3, 2.6 и 2.7 подберем нормализованный кожухотрубчатый теплообменник с параметрами, представленными в таблице 5.2
Таблица 5.2 – Параметры теплообменника по ГОСТ 15118
Параметр |
Значение |
1 |
2 |
Поверхность теплообмена F, м2 |
226 |
Диаметр кожуха D, м |
1000 |
Диаметр труб d, мм |
25×2 |
Число ходов z |
2 |
Общее число труб n |
718 |
Длина труб L, м |
4,0 |
Площадь сечения потока в вырезе перегородок Sмтр, м2 |
0,106 |
Площадь одного хода по трубам Sтр, м2 |
0,124 |
1 |
2 |
Число сегментных перегородок x |
6 |
Диаметр условного прохода штуцеров |
|
для трубного пространства dтр.ш., мм |
300 |
для межтрубного пространства dмтр.ш., мм |
350 |
Запас поверхности теплообмена составляет
Запас поверхности теплообмена лежит в промежутке от 5% до 25%, значит теплообменник принятый при ориентировочном расчете выбран верно.
5.2.5 Расчёт гидравлического сопротивления теплообменника. Гидравлическое сопротивление трубного пространства теплообменника определим по формуле 031. При средней температуре поглотителя равной t1=20,5°С его плотность равна ρ1=996,7 кг/м3, вязкость – μ1=0,863∙10-3 Па∙с.
Скорость среды в трубном пространстве по формуле 032:
Критерий Рейнольдса для потока поглотителя в трубном пространстве теплообменника рассчитаем по формуле 033:
Определим коэффициент трения λ. Примем, что коррозия трубопровода незначительна. Тогда абсолютная шероховатость труб равна Δ=0,0001 м [1] с.14. Относительная шероховатость труб по формуле 034:
Далее получим:
1/е=210; 10/е=2100; 560/е=117600;
Критерий Рейнольдса для потока в трубном пространстве равен Re1=9969, это значение больше 10/е и меньше 560/е. Таким образом, в трубопроводе имеет место смешанное трение, и расчёт коэффициента трения λ следует проводить по формуле 035:
Скорость среды в штуцерах на входе и выходе определим по формуле 036:
Подставим полученные значения в 031:
