Подбор кожухотрубчатого конденсатора

 

Рассчитать и подобрать нормализованный вариант конструкции кожухотрубчатого конденсатора, для конденсации паров легколетучего компонента в количестве =0,558 кг/с. Температура конденсации t1=158,1 0C, удельная теплота конденсации r = 364150 Дж/кг. Физико-химические свойства конденсации при температуре конденсации: =0,12

тепло конденсации отводится водой, с начальной температурой t2н=25 0С. Примем температуру воды на выходе из конденсатора t2к=33 0С. Потери тепла примем 5%.

тепловая нагрузка аппарата:

 

Q=0,558*(4,9+1)* 364150=1198855 Вт

Расход воды находим из уравнения теплового баланса:

 

G_В=1198855/4180*(33-25)*1,05=34,1 кг/с

Средняя разность температур:

∆t_в=110,4-25=85,4ºС

∆t_н=110,4-33=77,4 ºС

∆tв/∆tн=85,4/77,4=1,1<2

∆tcp=85,4+77,4/2=81,4

 

Рисунок 7 – Зависимость изменение температуры теплоносителей от поверхности теплообмена.

В соответствии Kор=650 Вт/(м²∙К), примем ориентировочное значение поверхности:

 

Sор=1198855/650*81,4=22,65 м²

Задаваясь Числом Рейнольдса Re=15000. Определим соотношение для конденсатора из труб диаметром dн=25х2 мм:

 

где n – общее число труб;

z – число ходов по трубному пространству;

d – внутренний диаметр труб, м.

n/z=4*34,1/3,14*0,021*0,00082*15000=168

Выбираем кожухотрубчатый конденсатор по ГОСТ 15118-79 и ГОСТ 15120-79, со следующими конструктивными особенностями [1, табл. 2.3]:

Поверхность теплообмена S=23 м².

Длина труб L=2,0 м.

Общее число труб n=181 шт.

Число ходов z=1

Диаметр труб d=20x2 мм.

Диаметр кожуха D=400 мм.

Запас площади составляет:

∆=23-22,65/23=1,5%

Подбор кипятильника

 

Подобрать нормализованный вариант конструкции кожухотрубчатого испарителя ректификационной колонны, с получением G_W=1,162 паров водного раствора органической жидкости, кипящая при температуре t₂=124,4 ⁰C, удельная теплота конденсации равна r₂=303432 Дж/кг

В качестве теплоносителя используется насыщенный водяной пар давлением 0,6 МПа. Удельная теплота конденсации r₁=2095000 Дж/кг, температура конденсации t₁=158,1⁰С.

Расход греющего пара определим из уравнения теплового баланса:

 

G_П =1257832,8/2095000=0,6 кг/с.

 

Средняя разность температур:

Рисунок 8 – Зависимость изменение температуры теплоносителей от поверхности теплообмена.

∆t_ср=158,1-124,4=33,7ºС

Примем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи K_ор=400 Вт/(м²∙К). Тогда ориентировочное значение требуемой поверхности составит:

 

S_ОР =352587,98/400*33,7=26,156

Выбираем испаритель по ГОСТ 15119-79 и ГОСТ 15121-79, [1, табл. 2.3].

Поверхность теплообмена S=34,0 м².

Длина труб L=3,0 м.

Общее число труб n=181 шт.

Число ходов z=1

Диаметр труб d=20x2 мм.

Диаметр кожуха D=400 мм.

Запас площади составляет:

∆=34-26,156/34=23%

 

 

Расчёт штуцеров

 

Внутренний диаметр трубопроводов определим по уравнению:

 

где - расход пара или жидкости, кг/с;

- плотность пара или жидкости, кг/м;

- скорость пара или жидкости, м/с.

Рассчитаем диаметр штуцера для входа исходной смеси в колонну:

 

где - плотность жидкости при температуре входа в колонну, кг/м³ [1, табл. IV].

ρ_см =767,76*0,34+618,44(1-0,34)=261+408,17=669,17 кг/м³

Примем скорость смеси 2 м/с.

d_шт=√4*1,72/3,14*669,17*2=0,04 м

Принимаем стандартный наружный диаметр трубопровода для входа исходной смеси dн =45 мм с толщиной стенок δ=3.5 мм материал, из которого выполнен трубопровод – нержавеющая, углеродистая сталь.