Расчет установки для конденсации и охлаждения паров уксусной кислоты
3.2 Расчет теплообменного аппарата
Рассчитать горизонтальный кожухотрубчатый теплообменник для охлаждения уксусной кислоты 70%. Охлаждающий агент-вода.
Начальная и конечная t уксусной кислоты 70%
н =1030С; к =300С
Начальная и конечная t воды.
н =180С; к=380С
Индекс (1) для горячего теплоносителя (уксусной кислоты ) индекс (2) для холодного теплоносителя (вода). Определяем расход теплоты и расход холодной воды.
Температурная схема
103-30;
38-18;
?tб=65; ?tм=12
Средняя разность температур рассчитывается по уравнению
?tср = = 21.4
Средняя температура уксусной кислоты
Средняя температура воды
= - ?tср = 66.5 - 21.4 =45.10С
Количество теплоты, отнимаемой от уксусной килоты с учетом потерь тепла в размере 5% равно
Q=1,05*G1*c1*(t1н-t1к) =1.05 *2.6* 2840 * (103 - 30) = 565983.6 Вт.
Где С1= 2840 Дж/кг К - средняя удельная теплоемкость уксусной кислоты (таблица А8)
где с2-4190 Дж/кг К удельная теплоемкость уксусной кислоты
Определение объемных расходов воды и уксусной кислоты
где =1026 кг/м3- плотность пива жигулевского при 66.50С
Объемный расход воды равен
где = 992 кг/м3 - плотность воды при t = 45.10C
Подбор теплообменных аппаратов. Ориентировочно определяем максимальную величину площади поверхности теплообмена. Минимальное значение коэффициента теплоотдачи для случая теплообмена от жидкости к воде Кмин = 500 Вт/м3*К. При этом:
Для обеспечения турбулентного течения воды при Re210000, скорость в трубах должна быть больше
где = 0,549*10-3 Па*с - динамический коэффициент вязкости воды при t 45.10С
Число труб диаметром 25х2мм, обеспечивающих объемный расход воды при Re10000
Условно n < 74.4 и F < 102 м2 удовлетворяет шести ходовой теплообменник, диаметром корпуса 800 мм с числом труб на 1 ход трубного пространства n=384/6=64
Уточняем значение критерии Re2
Re2=10000
Для переходного режима вид критериального уравнения определяется по:
0,25
0.021 * 1584.8*1.6*1 = 53.2
Отношение 0,25 принимаем =1
Критерий Pr2
=
где =0.63 Вт/м*К, коэффициент теплопроводности воды
Коэффициент теплоотдачи
Расчет коэффициента теплоотдачи?
Уксусная кислота 70% перемещается в межтрубном пространстве кожухотрубчатого теплообменника с сегментными поперечными перегородками. Для данного случая теплообмена при Re21000 для шахматных пучков критерий Нуссельта рассчитывается по формуле
0,25
Определяющая температура - средняя температура жидкости, определяющий размер - наружный диаметр трубы.
Расчетная скорость потока.
где - площадь проходного сечения межтрубного пространства между перегородками, м2
Критерий Рейнольдса равен
Критерий Pr1
где = 0.1624 Вт/м*К-коэффициент теплопроводности уксусной кислоты 70% при 66.50С
= 0.14* 1.16 = 0.1624
Критерий Нуссельта рассчитывается по формуле
0,25
Nu1=0,4*0,6*554.30,6*507.10,36*0,93=92.7
Рассчитываем коэффициент теплоотдачи
где - коэффициент теплоотдачи от горячего теплоносителя к стенке,
Термическая проводимость стенки равна
где - термическое сопротивление стенки и загрязнений .
Коэффициент теплопередачи равен
Расчетная площадь поверхности теплопередачи
К установке принимаем D=800мм; число труб 384; длина труб=2м.