6.4. Пример расчета подогревателя
Произвести тепловой расчет и выбрать по каталогу основные конструктивные размеры теплообменника для подогревателя исходной смеси, поступающей на ректификацию и подогретой до температуры кипения.
Количество исходной смеси, поступающей на ректификацию, F = 40000 кг/ч, содержание низкокипящего компонента в исходной смеси (смесь сероуглерода и четыреххлористого углерода) xF = 0,46 мол.дол., xР = 0,985 мол.дол., xW = 0,025 мол.дол., температура исходной смеси, поступающей в подогреватель, 180С.
Для подогрева исходной смеси до температуры кипения в подогреватель подается насыщенный водяной пар с давлением Р = 2 атм в межтрубное пространство.
6.4.1. Руководствуясь рекомендациями, изложенными в п. 6.1.1, в трубное пространство направляем исходную смесь, а в межтрубное – пар.
6.4.2. Определяем начальную и конечную температуры горячего и холодного теплоносителей.
При Р = 2 атм tн.г.= tк.г.= 119,60С [2, c.550]
Конечную температуру холодного теплоносителя, равную температуре кипения исходной смеси, определяем по диаграмме t – x,y.
При xF = 0,46, tк.х.=57,50С
6.4.3. Выбираем схему движения теплоносителей – противоток и вычисляем средний температурный напор.
Рис. 6.2. Схема движения теплоносителей
tб = tк.г – tн.х = 119,6 – 18 = 101,6 0 С;
tм = tн.г – tк.х = 119,6 – 57,5 = 62,1 0 С;
Так как отношение
,
то среднюю температуру процесса теплообмена tср определяют как среднюю арифметическую
t + tм 101,6 + 62,1 163,7
tср = ----------------- = ------------------ = ------------ = 81,8 820С
2 2 2
6.4.4. Средняя температура теплоносителей.
Средняя температура насыщенного водяного пара при конденсации остается постоянной tср.г = 119,60С.
Средняя температура холодного теплоносителя
tср.х = tср.г - tср = 119,6 – 82 = 37,60С
6.4.5. Физические свойства холодного теплоносителя, т.е. исходной смеси при tср .х = 37,60С.
При
определении плотности, теплоемкости и
теплопроводности содержание НК в смеси
подставляем в весовых долях
=
0,297,
а при определении вязкости в мольных
долях xF
= 0,46.
см = А
.
+ В
(1 –
)
= 1236,6· 0,297 +
+ 1560,6·(1- 0,297) = 1464 кг/м3;
cсм = cА . + cВ (1 – ) = 1012 .0,297 + 889·(1-
- 0,297) = 926 Дж/кг·К;
см = А . +В(1 – ) = 0,1612. 0,297+ 0,111·(1-
- 0,297)=12,6·10-2Вт/м·К;
lgсм = xА lgА +(1-xА) lgВ = 0,46 lg 0,2970 +
(1-0,46) lg 0,7426 = -0,3132;
см = 0,487 сП
где А и В – вязкость чистых веществ при t = 37,60 в сантипуазах.
6.4.6. Тепловая нагрузка определяется по теплоносителю, который движется в трубном пространстве и имеет меньше тепловых потерь в окружающую среду,
6.4.7. Расход пара с учетом 5%-ных потерь тепла и 5%-ной влажности
где r - теплота парообразования, Дж/кг;
r = 2208 . 103 Дж/кг [2, c.550]
6.4.8. Определяем число труб – np , в одном ряду, задаваясь значением Рейнольдса Re > 10000. Принимаем диаметр труб в теплообменнике
dн = 25 мм или dн = 38 мм, а Re = 15000.