8. Расчет холодильника кубового остатка

8.1 Тепловая нагрузка холодильника кубового остатка.

Т.к. агрегатное состояние кубового остатка в основном подогревателе не меняется, тепловую нагрузку рассчитывают по уравнению /9, с.31/

где: С_W=2516,4 Дж/кг*С⁰ – удельная теплоемкость кубового остатка при его средней температуре t_cp,W=0,5*(t_W^K+ t_W^H)=73,2⁰C

t_W^K - температура, до которой охлаждается кубовый остаток, ⁰С.

8.2 Расход оборотной воды

Кубовый остаток охлаждается за счет оборотной воды, поступающей извне. Принимаем, что оборотная вода нагревается от t₁=20⁰С до t₂=35⁰С. Расход оборотной воды определяют из уравнения: /9, с.32/.

где: С_V=4609Дж/кг*С⁰ - теплоемкость оборотной воды.

8.3 Средняя разность температур теплоносителей в холодильнике кубового остатка.

В соответствии со схемой изменения температуры теплоносителей в холодильнике кубового остатка при >2 средняя разность температур теплоносителей рассчитывают как среднюю логарифмическую по уравнению /9, с.32/

t 35

20

106,31

40

F

Рис. 8.1 Изменение температур теплоносителей.

8.4 Ориентировочный выбор теплообменника.

В холодильнике кубового остатка кубовый остаток, как более коррозионная среда, проходит в трубном пространстве, а оборотная вода проходит в межтрубном пространстве на пучке вертикальных труб. В соответствии с рекомендациями при вынужденном движении теплоносителей принимают ориентировочное значение коэффициента теплопередачи от конденсирующегося насыщенного пара к органической жидкости /2, с.47, табл. 2,1/ К_ор=900Вт/м²*⁰С. Ориентировочная поверхность теплообмена холодильника составляет:

В соответствии с /2, с.51, табл. 2,3/ поверхность, близкую к ориентировочной, имеет теплообменник с диаметром кожуха D_K=325мм; диаметром труб 25х2мм; числом ходов Z=2; общим числом труб N=56; длиной труб L=1,5м и поверхностью теплообмена F=6,5м².

8.5 Уточненный расчет поверхности теплообмена холодильника.

Линейная скорость движения кубового остатка в трубном пространстве выбранного теплообменника:

где:

n=N/z – число труб, приходящееся на один ход трубного пространства;

d=0,021м – внутренний диаметр труб;

ρ­_W=952,4 кг/м³ – плотность кубового остатка при его средней температуре.

Критерий Рейнольдся для кубового остатка:

где μ_W=3,7*10^-4Па*с – динамический коэффициент вязкости кубового остатка при его средней температуре.

Режим течения кубового остатка в трубном пространстве переходный. Для расчета коэффициента теплоотдачи воспользуемся формулой Хаузена.

где μ_cn – динамический коэффициент вязкости кубового остатка при средней температуре стенки трубы, Па*с.

Критерий Pr_W для кубового остатка:

Физические константы, входящие в критерий Прандтля выбирают при средней температуре исходной смеси в основном подогревателе.

Критерий Нуссельта для кубового остатка:

К оэффициент теплоотдачи со стороны кубового остатка

Линейная скорость движения оборотной воды в межтрубном пространстве выбранного теплообменника:

где:

n=N/z – число труб, приходящееся на один ход трубного пространства;

d=0,025м – внешний диаметр труб;

ρ_в=996 кг/м³ – плотность оборотной воды при её средней температуре.

Критерий Рейнольдся для оборотной воды:

Для расчета коэффициента теплоотдачи воспользуемся формулой

Критерий Pr для оборотной воды:

Физические константы, входящие в критерий Прандтля выбирают при средней температуре оборотной воды в холодильнике.

Критерий Нуссельта для оборотной воды:

Коэффициент теплоотдачи со стороны оборотной воды:

8.5.1 Определение температуры стенок теплообменной трубы.

Т.К. необходимые для расчета коэффициентов теплоотдачи α_W и α_П температуры стенок теплообменной трубы со стороны исходной смеси t_ст,F и со стороны конденсирующегося насыщенного пара t_ст,п не известны, то их определяют методом последовательных приближений. Для определения температуры стенок t_ст,п и t_ст,F рис. 8.2

Оборотная Кубовый

вода остаток

73,2 q

27,5

при установившемся процессе теплообмена используют систему уравнений:

Суммарное термическое сопротивление ∑r стальной стенки и загрязнений на ней равно:

- термическое сопротивление стальной стенки теплообменной трубы.

r_загр.W=0,86*10^-4 - термическое сопротивление загрязнений со стороны кубового остатка.

8.5.2 Первое приближение.

Задаются величиной t_ст,п, которая должна находится в пределах между t_срW=73,2⁰С и t_ср=27,5⁰С. Т.К очевидно, что α_П>α_W, t_ст, будет ближе к 73,2⁰С. Задаются t_ст,п=65⁰С и рассчитывают удельный поток q_п, предварительно определив коэффициент теплоотдачи α_п со стороны оборотной воды:

Константы взяты при средней температуре t_ст,п=65⁰С

Разность температур:

Температура стенки t_ст,F со стороны кубового остатка:

Динамический коэффициент вязкости кубового остатка при температуре стенки t_ст,W=52⁰С.

μ_ст,W=0,736*10^-3Па*с

Коэффициент теплоотдачи со стороны кубового остатка:

Удельный тепловой поток:

Средний удельный поток:

Расхождения между значениями тепловых потоков большое, поэтому выполняют второе приближение.

8.5.3 Второе приближение.

Задаются величиной t_ст,п, которая должна находится в пределах между t_срW=73,2⁰С и t_ср=27,5⁰С. Т.К очевидно, что α_П>α_W, t_ст, будет ближе к 73,2⁰С. Задаются t_ст,п=60⁰С и рассчитывают удельный поток q_п, предварительно определив коэффициент теплоотдачи α_п со стороны оборотной воды:

Константы взяты при температуре t_ст,п=60⁰С

Разность температур:

Температура стенки t_ст,W со стороны кубового остатка:

Динамический коэффициент вязкости кубового остатка при температуре стенки t_ст,W=39.4⁰С.

μ_ст,W=0,863*10^-3Па*с

Коэффициент теплоотдачи со стороны кубового остатка:

Удельный тепловой поток:

Средний удельный поток:

Расхождения между значениями тепловых потоков большое, поэтому выполняют третье приближение.

8.5.4 Третье приближение.

ТАБЛИЦА 8.1

t	qп	qw
60	27,152	10,42
65	17,072	21,937

Зависимость q-t_ст

Рис.8.1 Графическое отображение зависимости q-t_ст.

Точка пересечения прямых q_п и q_W дает значение температуры стенки t_ст,п=63,9⁰С. Принимают эту температуру в качестве исходной для третьего приближения.

Коэффициент теплоотдачи α_п со стороны оборотной воды:

Константы взяты при температуре t_ст,п=60⁰С

Разность температур:

Температура стенки t_ст,F со стороны кубового остатка:

Динамический коэффициент вязкости кубового остатка при температуре стенки t_ст,W=49,2⁰С.

μ_ст,W=0,753*10^-3Па*с

Коэффициент теплоотдачи со стороны кубового остатка:

Удельный тепловой поток:

Средний удельный поток:

Отклонение удельного теплового потока от среднего удельного теплового потока:

Что находится в пределах обычной точности технических расчетов.

8.5.5 Определение коэффициента теплопередачи.

Так как отношение d/d_тр=0,021/0,025=0,84>0,5, рассчитываем коэффициент теплопередачи по формуле для плоской стенки:

7.5.6 Необходимая поверхность теплообмена. Выбор теплообменника.

Необходимую поверхность теплообмена определяют по уравнению теплопередачи:

На основании уточняющего расчета в качестве основного подогревателя выбирают /2, с.51, табл.2.3/ кожухотрубный теплообменник с параметрами:

Диаметр кожуха: 325 мм

Диаметр труб: 25х2

Число ходов: 2

Общее число труб:56

Длина труб: 3 м

Номинальная поверхность:13 м²

При этом запас поверхности теплообмена составляет: