Расчёт подогревателя исходной смеси

Горячий теплоноситель:	Холодный теплоноситель:
ВОДЯНОЙ ПАР	Паровая смесь «бензол-уксусная к-та»

 

Разность температур потоков является движущей сила процесса теплопередачи. В аппаратах с прямо- и противоточным движением теплоносителей средняя разность температур потоков определяется как среднелогарифмическая между большей () и меньшей () разностями температур теплоносителей на концах аппарата:

Средняя движущая сила теплообмена при противотоке теплоносителей:

 

 

Тепловая нагрузка ТО:

Необходимую поверхность теплообмена определяют из основного уравнения теплопередачи:

где:

– коэффициент теплопередачи;

– средняя разность температур потоков.

 

Для определения поверхности теплопередачи и выбора варианта конструкции теплообменного аппарата необходимо определить коэффициент теплопередачи . Его можно рассчитать с помощью уравнения аддитивности термических сопротивлений на пути теплового потока:

 

где:

– коэффициенты теплоотдачи со стороны теплоносителей;

– теплопроводность материала стенки;

– толщина стенки;

– термические сопротивления слоёв загрязнений с обеих сторон стенки.

 

Т.к. зависят от параметров конструкции рассчитываемого теплообменного аппарата, сначала на основании ориентировочной оценки коэффициента теплопередачи () приближённо определяют поверхность теплообмена () и выбирают конкретный вариант конструкции, а затем проводят уточнённый расчёт .

По таблице 2.1 [1, с.47] для теплопередачи от конденсирующегося пара к органической смеси при вынужденном течении теплоносителей ориентировочное значение принимается равным: .

Тогда, по формуле 4.1 ориентировочное значение поверхности теплообмена составляет:

Учитывая значения по ГОСТ 15118-79, 15120-79, 15122-79 [1, табл. 2.9] для уточнённого расчёта выбирается нормализованный кожухотрубный теплообменник со следующими характеристиками:

Диаметр кожуха
Диметр труб
Число ходов по трубам
Общее число труб
Длина труб
Поверхность теплообмена

В общем случае коэффициент теплоотдачи со стороны теплоносителя определяется по уравнению:

(4.3)

где: – критерий Нуссельта; – коэффициент теплопроводности, .

 

В общем виде критериальная зависимость для определения коэффициентов теплоотдачи имеет вид:

где: – критерий Рейнольдса, – критерий Прандтля.

(4.4)

где: – скорость потока.

(4.5)

Водяной пар движется по межтрубному пространству кожухотрубного теплообменника с сегментными перегородками.

Расход греющего пара:

При конденсации пара на наружной поверхности пучка вертикально расположенных труб коэффициент теплоотдачи рассчитывается по формуле [1]:

(4.6)

где:

– плотность плёнки конденсата;

– наружный диаметр теплообменных труб;

– общее число труб;

– массовый поток теплоносителя

Исходная смесь бензол – уксусная кислота движется по трубам кожухотрубного теплообменника.

Коэффициент теплоотдачи для теплоносителя, движущегося в трубах, рассчитывается по формулам [1,2]:

где Re_тр, Pr_тр, Gr_тр - критерии Рейнольдса, Прандтля и Грасгофа для теплоносителя в трубах рассчитывались по уравнениям:

 

Критерий Рейнольдса по ф. 4.4:

В случае турбулентного течения в прямых трубах и каналах:

Поправочный коэффициент учитывает влияние на коэффициент теплоотдачи отношения длины трубы к её диаметру . По таблице 4.3 [2, с.153]:

Критерий Прандтля по ф. 4.5:

При нагревании капельных жидкостей допустимо считать, что:

Коэффициент теплоотдачи со стороны исходной смеси по ф. 4.3:

Определение значений термических сопротивлений загрязнений стенки

По таблице XXXI [2, с.531] тепловое сопротивление загрязнений стенок равно:

Определение теплопроводности материала стенки

Выбираем теплообменник изготовленный из нержавеющей стали, т.к. рабочая среда агрессивная.

Для стенок из стали:

Коэффициент теплопроводности

Толщина стенок

Сумма термических сопротивлений стенки труб из нержавеющей стали и загрязнений со стороны воды и пара равны:

Определение коэффициента теплопередачи и поверхности теплообмена

Коэффициент теплопередачи находится с помощью уравнения аддитивности термических сопротивлений на пути теплового потока (ф. 4.2):

Из основного уравнения теплопередачи (ф. 4.1) находим уточнённую поверхность теплообмена:

Определим запас поверхности теплообмена (относительно значения для нормализованного аппарата):

Запас поверхности удовлетворяет требованию технического задания ( ). Конструкция данного теплообменного аппарата принимается.