Расчет теплообменного аппарата для подогрева исходного раствора перед подачей в выпарной аппарат
выпарная вакуум подогреватель испарение
Определение средних температур теплоносителей
гдеt’нач – начальная температура исходного раствора (по заданию)
Dtб, Dtм – большая и меньшая разность температур соответственно, °С;
tнач – температура исходного раствора после подогревателя, °С;
tнач = 74,05°С
t’нач= 14°С
Значение средней движущей силы рассчитывается по формуле (17):
(22)
Dtб = tконд.гр.п – t’нач (23)
Dtб = 104,68 – 14 = 90,68 K
Dtм = tконд.гр.п – tнач (24)
Dtм = 104,68 –74,05= 30,63 K
K
Средняя температура раствора:
tср.р =tконд.гр.п – Dtср (25)
tср.р =104,68 –55,327 = 49,353 °С
Тепловой баланс подогревателя
Расход теплоты на подогрев исходного раствора от температуры t’нач до температуры tнач найдем, приняв значение теплоёмкости раствора при начальной температуре и концентрации
= (26)
Расход греющего пара w1 найдём по формуле:
(27)
гдеr – удельная теплота парообразования, кДж/кг;
c - степень сухости пара;
Удельная теплота парообразования при температуре tконд.гр.п [2], табл. LVI:
r =2249 кДж/кг
кг/с
Ориентировочный расчёт подогревателя
Зададимся ориентировочным коэффициентом теплопередачи от жидкости к жидкости [2], табл. 4.8:
Кор=600 Вт/(м2 К)
Рассчитаем ориентировочную площадь теплообмена по формуле (20);
м2
Произведём выбор аппарата по ГОСТу. Для этого найденную площадь поверхности теплообмена следует увеличить на 10-20 %, для обеспечения запаса производительности
|
|
Таблица 3. Характеристика подогревателя исходного раствора
Характеристика аппарата | ||
Буквенный индекс | ТН | |
Диаметр кожуха D, м | 400 | |
Длина трубчатки L, м | 4,0 | |
Поверхность теплообмена F, м2 | 46 | |
Количество труб, n | 181 |
Расчёт холодильника концентрированного раствора
Определение средних температур теплоносителей
Рис. 2 Температурная схема движения теплоносителей при противотоке
tкон ,t’кон – температура упаренного раствора до и после холодильника, °С;
tнач.в,tкон.в – температура охлаждающей воды до и после холодильника, °С;
Конечную температуру воды и упаренного раствора выбираем самостоятельно
Значение средней движущей силы рассчитывается по формуле:
,
Dtб = 76,05 –20=56,05 К
Dtм = 25 – 11 = 14 К
К
Среднюю температуру воды найдём как среднее арифметическое tвод.ср., °С:
tвод.ср= (tнач.в+tкон.в)/2 (28)
tвод.ср= (20+11)/2=15,5 °С
Средняя температура раствора tср.р, °С:
tср.р= tвод.ср + Dtср (29)
tср.р=15,5+30,313=45,813°С
Тепловой баланс холодильника
Количество теплоты, которое необходимо отвести от раствора для его охлаждения:
Q= Gкон скон (tкон-t’кон) (30)
|
|
Где Gкон – расход упаренного раствора кг/с;
скон – удельная теплоёмкость раствора при tср.р. и Хкон, Дж(кг К)
Удельная теплоёмкость раствора скон раствора при tср.р. и Хкон (Приложение 1 п.3):
скон=3540 Дж(кг К)
Q = 1.449 3540 (76,05 – 25) = 2,619 105 Вт
Так как вся отводимая от раствора теплота передаётся охлаждающей воде, то её расход можно найти по формуле:
(31)
гдеGвод – расход охлаждающей воды, кг/с;
свод – теплоемкость воды при температуре tвод.ср.,Дж/(кг К)
Удельная теплоемкость воды при температуре tвод.ср (Приложение 1 п.3):
свод= 4193 Дж/(кг К)
кг/с
Ориентировочный расчёт холодильника
Зададимся ориентировочным коэффициентом теплопередачи от жидкости к жидкости [2], табл. 4.8:
Кор=300 Вт/(м2 К)
Рассчитаем ориентировочную площадь теплообмена по формуле (20);
м2
Для обеспечения интенсивного теплообмена попытаемся подобрать аппарат с турбулентным или переходным режимом течения теплоносителей. Исходный раствор направим в теплообменную трубу, а охлаждающую воду в кожуховую трубу.
Зададимся критерием Рейнольдса для раствора: Re1=10000
Эквивалентный диаметр трубного сечения: dэкв=0.098 м
Вязкость раствора при ее средней температуре (Приложение 1 п.2):
|
|
Плотность раствора (Приложение 1 п.1):
Найдем скорость раствора:
(31)
Найдем площадь поперечного сечения:
(32)
Найдем по ГОСТу ближайшую стандартную площадь:
Найдем по стандартной площади скорость и число Рейнольдса для раствора:
Зададимся критерием Рейнольдса для воды: Re2=10000
Эквивалентный диаметр трубного сечения: dэкв=0.039 м
Па с |
Вязкость воды при ее средней температуре (Приложение 1 п.2):
кг/м3 |
Плотность воды (Приложение 1 п.1):
Найдем скорость воды:
Найдем площадь поперечного сечения:
Найдем по ГОСТу стандартную площадь:
Найдем по стандартной площади скорость и число Рейнольдса для воды:
Температуры стенки со сторон холодного и горячего теплоносителей будем искать с помощью метода итераций. Суть метода заключается в нахождении удельного потока теплоты со стороны хладагента и теплоносителя как функций от температуры одной из стенок теплообменника и решения уравнения с помощью ПК относительно температуры стенки.
Подробные расчеты теплообменников, рассчитанных с помощью ЭВМ, приводятся в приложении 3.
Теплообменник обладает следующими характеристиками:
Теплообменник «труба в трубе» диаметр теплообменной трубы 89х5 мм, кожуховой трубы 159х6, число элементов теплообменника шт., длина одного элемента м, с общей поверхностью теплообмена м2.
|
|
Для сравнения был рассчитан теплообменник обладающий следующими свойствами: Теплообменник «труба в трубе» диаметр теплообменной трубы 38х4 мм, кожуховой трубы 89х5, число элементов теплообменника шт., длина одного элемента м, с общей поверхностью теплообмена м2.
Оба выбранных теплообменных аппарата пригодны для использования в данном технологическом процессе (оба обладают достаточным запасов поверхности теплообмена, и в обоих аппаратах развивается интенсивный турбулентный режим). С экономической точки зрения выгоднее применять первый аппарат, т.к при одинаковой цене за один кг массы аппарата капитальные затраты на первый аппарат будут ниже.
Дата добавления: 2018-10-26; просмотров: 295; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!