6.6. Пример расчета холодильника дистиллята
Произвести тепловой расчет теплообменника для охлаждения Р = 11920 кг/ч дистиллята, поступающего из конденсатора. Дистиллятом является смесь сероуглерода и четыреххлористого углерода. Дистиллят охлаждается водой, начальная температура воды tнх = 10 0 С; вода направляется в трубное пространство, а дистиллят в межтрубное. Содержание сероуглерода в дистилляте xр = 0,985.
Решение
6.6.1. По диаграмме t-х,у определяем температуру дистиллята при xр = 0,985, tнг = 46,5, задаемся конечной температурой горячего и холодного теплоносителя tкг = 22, t кх = 18.
6.6.2. Определяем наибольший и наименьший перепад температур на концах теплообменника
tнг = 46,5 tкг = 22
tкх = 18 tнх = 10
tб = 28,5
tм = 12
tн.г.
tк.г.
tк.х.
tн.x.
Рис. 6.3. Схема движения теплоносителей
Выбираем схему движения теплоносителей – противоток.
6.6.3. Определяем среднюю температуру процесса теплообмена
t /tм = 28,5/12 = 2,38 > 2;
6.6.4. Определяем среднюю температуру теплоносителей
tх = 8 0 С; tг = tн.г – tк.г = 46,5 – 22 = 24,5 0 С; tх < tг;
tср.х = (tн.х + tк.х)/2 = (18 + 10)/2 = 140С;
tср.г = tср.х + tср = 14 + 19,0 = 33,00С.
6.6.5. Определяем физические свойства горячего и холодного теплоносителя при средних температурах
Для воды при tср.х = 14 0 С
= 998,6 кг/м3; с = 4200 Дж/кг . К;
= 58,31 . 10-2 Вт/м .К; = 1186 . 10-6 Па . с
Для дистиллята при tср.г =33,0 0 С
Переводим мольные
доли xр
в весовые
Так как = 0,97 > 0,95, то физические свойства дистиллята определяем для чистого сероуглерода при tср.г = 33 0С.
= 1243,5 кг/м3; = 0,3103 . 10-3н . с/м2;
с = 1008 Дж/кг .К; = 0,162 Вт/м . К
6.6.6. Тепловая нагрузка аппарата по горячему теплоносителю
Qп = 5%; Qп = 4089; Qх = 81771 – 4089 = 77682 Вт
6.6.7. Расход холодного теплоносителя
где Qв – расход воды.
6.6.8. Определяем поверхность теплообменника, задаваясь коэффициентом теплопередачи в пределах К = 300 – 1700.
При К1 = 300
с 20% запасом F = 1,2 . 13,6 = 15,3 м2.
При К2
= 800
с 20% запасом F = 1,2 . 5,11 = 6,1 м2.
При К3
= 600
с 20% запасом F = 1,2 . 6,8 = 8,1 м2
Для дальнейших расчетов при К = 300, F = 13,6 м2 выбираем теплообменники:
одноходовой Д = 400 мм; dн = 25 мм; n = 121;
F = 14 м2; L = 1500 мм;
двухходовой Д = 400 мм; dн = 25 мм; n = 110;
F = 12 м2; L = 1500 мм.
6.6.9. Определяем скорость холодного теплоносителя в трубном пространстве:
а) для одноходового теплообменника
б) для двухходового теплообменника
По величине наибольшей скорости 1 = 0,121 м/с для дальнейших расчетов выбираем двухходовой теплообменник с параметрами:
Д2 = 400 мм; dн = 25 мм; n = 110; F = 12 м2; L = 1500 мм;
6.6.10. Определяем скорость горячего теплоносителя в межтрубном пространстве для двухходового теплообменника
= 0,0372 м/с.
6.6.11. Задаемся температурой стенок труб со стороны горячего и холодного теплоносителя
tст.г = 270С; tст.х = 200С.
6.6.12. Коэффициент теплоотдачи трубного пространства при Re < 2300;
Nu1 = 1,55 . εl .(Re·d/L)1/3 (μ/ μст1)0,14
Определяем физические свойства воды при tст1 = 200С
с = 4186 Дж/(кг . К); = 1000 . 10-6 н . с/м2;
= 59,7 . 10-2 Вт/(м . К);
Nu1 = 1,55 · 1·(2139·0,021/1,5)1/3 x
x (1186·10-6/1000·10-6)0,14 = 4,93;
6.6.13. Коэффициент теплоотдачи межтрубного пространства
Nu2 = 0,4 Re20,6 . Pr20,36 . (Pr2/ Prст2)0,25 .
Свойства горячего теплоносителя при tст2 = 270С
сст2 = 1003 Дж/(кг . К);
ст2 = 0,333 . 10-3 н . с/м2;
ст2 = 0,163 Вт/(м . К);
Nu2 = 0,4 . 43270,6 . 1,930,36 . (1,93/2,05)0,25 . 0,6 = 45,5;
6.6.14. Тепловая проводимость стенки
6.6.15. Коэффициент теплопередачи
6.6.16. Температура стенок труб
6.6.17. Так как вычисленная температура стенки для холодного теплоносителя отличается от принятой в начале расчета более чем на 1 градус, то повторяем уточненный тепловой расчет принимая
tcт.к = 26 0 С:
Определяем свойства теплоносителя при tcт.х = 260С:
= 881 . 10-6 Па . с;
Nu1 = 1,55 . εl .(Re·d/L)1/3 (μ/ μст1)0,14
Nu1 = 1,55 · 1·(2139·0,021/1,5)1/3 x
x (1186·10-6/881·10-6)0,14 = 5,02;
tcт.тр = (tcт.г + tcт.х)/2 = (26,8 + 25,9)/2 = 26,350С
tcт.кож = 46,50С
t = tcт.кож - tcт.тр = 46,5 – 26,35 = 20,15 300С
Следовательно, теплообменник типа «ТН».