4.8. Расчет и подбор холодильника

Рассчитать и подобрать кожухотрубчатый теплообменник для теплообмена между двумя растворами. Горячий раствор в количестве охлаждается от от до . Начальная температура холодного раствора равна . Горячая жидкость при средней температуре имеет следующие физико-химические характеристики:

Холодная жидкость при средней температуре имеет следующие физико-химические характеристики:

Тепловая нагрузка аппарата определим по формуле:

Расход охлаждающей воды:

Определим средне логарифмическую разность температур:

Примем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи . Тогда ориентировочное значение требуемой поверхности теплообмена составит:

В соответствии с этим выбираем предварительно теплообменник со следующими параметрами: диаметр кожуха D=800 мм, длина труб L=6 м, поверхностью теплообмена F=270, трубы диаметром 20х2, наружный диаметр труб d_н=20мм, количество ходов в трубном пространстве теплообменника Z=1. Трубы гладкие с толщиной стенки 2мм. Общее число труб 717. Площадь проходного сечения одного хода по трубам: Площадь проходного сечения по межтрубному пространству:

Уточненный тепловой расчет:

а) В трубное пространство. Определим критерии Рейнольдса и Прандтля для холодной воды.

Найдём объёмный расход горячей жидкости:

Скорость горячей жидкости в трубном пространстве составит:

Критерий Рейнольдса:

;

Критерий Прандтля:

;

;

где =0,64 Вт/(м К) - коэффициент теплопроводности горячей воды.

Рассчитаем критерий Нуссельта для переходного течения горячей воды:

Коэффициент теплоотдачи горячей воды к стенке:

;

б) Межтрубное пространство. Рассчитаем коэффициент теплоотдачи для воды. Скорость воды в межтрубном пространстве.

Скорость холодной жидкости в межтрубном пространстве:

Критерий Рейнольдса:

;

Критерий Прандтля:

;

где =0,65 Вт/(м К) - коэффициент теплопроводности воды.

Рассчитаем критерий Нуссельта для турбулентного течения холодной воды:

;

где примем равному 1, и соотношение =1

Коэффициент теплоотдачи для воды:

;

Рассчитаем термическое сопротивление стенки и загрязнений, для средне загрязненной воды:

;

;

Коэффициент теплопередачи:

;

;

Поверхностная плотность потока:

;

Расчетная площадь поверхности теплопередачи:

; ( )

запас

Для данной поверхности теплоотдачи подбираем теплообменник со следующими параметрами:

7. Внутренний диаметр кожуха:

8. Наружный диаметр труб:

9. Длина труб:

10. Площадь поверхности теплообмена:

11. Площадь проходного сечения одного хода по трубам:

12. Площадь проходного сечения по межтрубному пространству:

Выбираем теплообменник типа: ГОСТ 15122-79

4.9. Десорбер

Этот процесс, обратный абсорбции, применяют для выделения поглощенного газа из абсорбента и получения его в чистом виде, а также для повторного использования абсорбента в процессе абсорбции. Для проведения десорбции газа из жидкости необходимо, чтобы концентрация этого газа в газовой фазе была ниже концентрации, соответствующей равновесной в системе газ – жидкость.

Для проведения процесса десорбции используют три следующие метода:

1. отгонку в токе инертного газа или водяного пара;

2. отгонку под действием подводимой к абсорбенту теплоты;

3. отгонку при снижении давления над абсорбером.

На практике широко распространены комбинированные методы десорбции (например, десорбция при снижении давления над абсорбером и одновременном его подогреве).

Отгонка в токе инертного газа или водяного пара. Для проведения десорбции по этому методу в качестве инертного газа используется воздух. Если температуры воздуха и поступающего на десорбцию поглотителя практически равны, то теплотой выделения компонента из раствора можно пренебречь и считать, что процесс протекает изотермически. Вследствие того, что парциальное давление десорбируемого компонента над раствором выше, чем равновесное давление в десорбирующем агенте, происходит переход этого компонента из раствора в поток воздуха. Последующее извлечение газа из газовой смеси обычно затруднительно. Поэтому чаще этот метод десорбции применяют тогда, когда извлеченный из газовой смеси компонент далее не используется (например, этот компонент является вредной примесью, но в удаляемом в окружающую среду газе его содержание ниже ПДК – предельно допустимой концентрации).

Использование в качестве десорбирующего агента водяного пара предпочтительнее, чем воздуха, если десорбируемый компонент нерастворим в воде. В этом случае после десорбции, пропуская смесь десорбированного и водяного пара через конденсатор, достигают отделения газа от водяного пара вследствие конденсации последнего. Если же температура кипения десорби рованного компонента высока, то происходит его конденсация совместно с водяным паром и последующее отделение от воды (конденсата) отстаиванием.

Если раствор на десорбцию поступает при температуре кипения абсорбента, то всей высоте десорбера эта температура будет постоянной, и процесс протекает в изотермических условиях. Расход острого пара при этом определяется как расход инертного газа, так как пар расходуется только как десорбирующий агент. Рассмотренные условия следует определить как идеальные.

В реальных условиях на процесс десорбции острым паром затрачивается некоторое количество теплоты (на компенсацию потерь теплоты в окружающую среду и др.), и часть пара, конденсируясь, расходуется на покрытие этих затрат. При этом расход острого пара будет выше, чем рассчитанный расход инертного газа.

Подвод теплоты к абсорбенту. Этот метод десорбции наиболее распространен в технике вследствие своей простоты. В данном случае температура при десорбции выше, чем при абсорбции, и поэтому линии равновесия при абсорбции и десорбции не совпадают.

Часто десорбцию проводят подводом теплоты к абсорбенту через стенку (десорбция глухим паром). В этом случае в кипятильнике, в который подают глухой пар, вместе с десорбируемым компонентом испаряется часть абсорбента. Поэтому для разделения образовавшейся при этом смеси обычно используют процесс перегонки, для чего смесь паров из кипятильника направляют во вмонтированную над ним ректификационную колонну.

Снижение давления над абсорбентом. Этот способ десорбции является одним из наиболее простых, особенно тогда, когда абсорбцию проводят при повышенных давлениях. В данном случае десорбция может быть осуществлена путем снижения давления до атмосферного. Если абсорбцию вели при атмосферном давлении, то десорбцию можно проводить в вакууме, причем десорбируемый компонент отсасывается вакуум – насосом. Для более полного извлечения удаляемого компонента десорбцию снижением давления часто сочетают с десорбцией подводом теплоты или в токе инертного газа.