|
=
18
% .
Масса двух аппаратов:
М
= 2 - 8 2 0 = 1640 кг.
Вариант 7.
Кожухотрубчатый аппарат диаметром 400 мм с трубами 20Х 2
ш
двухходовый.
7.1. Аппараты с трубами 20X2 мм обладают большей площадью поверхносщ
теплообмена при тех же габаритных размерах, что, вероятно, позволит нам обой
тись одним аппаратом. В аппарате
D
= 400 мы,
S T =
1,7*10“® ы, 5 МТ = 3,0
К
X 10-2 м® (ГОСТ
15120—79).
Число труб одного хода 83, общее 166
(ГОСТ 15118—79).
Д ля эфира:
®‘ = l f “ 0
3
^
= 0 '04e7M te
П„
M i P i
0,0467.0,020.733,6
A1 = ™ Й “ = ------ 0,29-10-=*------ * 237°*
Для рассола:
Уа
0,0081
Л
Ю
>= - 5 Г = Т 7 Л Г З - = 0'477 М/С;
М
а
= О.СТ-О 016.1220 = 1300_
Из
7,165-10 3
7.2. Для теплового расчета примем ?Ст.
1
= —6°С, / д о , я » —8°С,
а) Коэффициент теплоотдачи для эфира:
=
Nux = 2 ^ 0 , 4 . 0 , 6 . 2 3 7 0 ° - 6.4,5°-36 ( ^ | ) ° ‘25 = 286 Вт/(ы».К).
б)
Коэффициент теплоотдачи для рассола»
Определим Ре
~
при
12
= 0,5 {/а -J- /ст, а) = 0,5 [— 13,5 -|- (—6)1 *=»
—— 10 °С и длине труб
L
= б м:
Ре а
А . = M 77-0,0j6-29JQ.122Q 0,016
g6 5Q0>0 0о25 = 141;
£,
Л>2
L
0
1
48
б
( т
а
?
Г
=
242 Вт/(ма- К ) -
Коэффициент теплопередачи:
К =
!-----------
= 125 Вт/(м2-К).
Ш + 4-2 - Ш‘ 3 + 242
7.3. Площадь поверхности теплопередачи:
. =
Q
86 500 = 47 8 м2,
р
К
Д^ср
125-14,5
*/ > о м *
С запасом 10
%: Fj> —
52,5 м2.
Площадь поверхности теплообмена одного аппарата
(D =
325 мм,
L —
=
6000 мм):
Fi
=
ndoptiL =
3,14-0,018-166-6 = 56,5 ма.
Запас:
,
0 0
- 1 7 . 8 К .
F'
47,8
1
Р
Масса аппарата:
М г
= 1890 кг.
Сопоставление вариантов аппарата для охлаждения диэтилового эфира
рассолом выполним по показателям, приведенным в табл. 4.13 *.
Наименьшую стоимость имеет аппарат типа «труба в трубе», однако он
обладает существенным гидравлическим сопротивлением (по рассолу 10 Па),
громоздок. Поэтому предпочтение следует отдать кожухотрубчатым аппаратам:
элементному, состоящему из двух аппаратов
D =
325 мм и
L
= 4 м или оди
ночному аппарату
D
= 400 мм, 1 = 6 м с трубами 20X 2 мм.
Пример 4.11. Рассчитать два варианта'горизонтального кожухотрубчатого
теплообменного аппарата для нагрева 20 т/ч толуола от 21 до 98 °С. Греющий
водяной насыщенный пар имеет абсолютное давление
р
= 1,6 кгс/см2. В во
дяном паре содержится 0,5 % воздуха.
1-й вариант: турбулентное течение толуола в трубном пространстве.
2-й вариант: ламинарное течение толуола в трубном пространстве.
Р е ш е н и е . Ввиду того, что в трубах нагревается толуол, а не вода н тем
пература в трубах выше 60 °С, используем аппараты типа ТН или ТК. Прини
маем для межтрубного пространства индекс «1», для трубного — «2».
Температура конденсации водяного пара *Ко н д= П 2,7°С (табл. LVII).
Температурная схема:
П 2 .7 — 112,7
21 —>98
Д/б = 91,7
Д*м = 14,7.
* Цены взяты по «Прейскуранту № 23—03. Оптовые цены на оборудование
[химическое. Часть 1. Стандартизованное химическое оборудование. Кн. 1».
М.: Прейскурантиздат, 1981. — 348 с.
Холодильники для охлаждения эфира рассолом
Аппарат
Количество
Nf
шт.
Масса
• шт.,
кг
Цена 1 шт.,
руб.
Цена
N
шт., руб.
Металле*
емкость,
к р
/
м
8
Т е п л о о б м е н н и к вт р у б а в т р у б е » (ГОСТ 9930—78)
Трубы
89X4 ым
57X3,5 мм
16
100
~ 1 0 0
1600—1700
99,5
К о ж у х о т р у б ч а т ы е х о л о д и л ь н и к и о д н о х о д о в ы е
(ГОСТ 15120-79)
D
= 159 мм,
1 = 3 м,
d
= 25X2 мм
6
255
345
2070
91,0
D
— 273 мм,
1 = 3 м,
d
= 25Х 2 мм
4
553
600
2400
69,5
К о ж у х о т р у б ч а т ы е т е п л о о б м е н н и к и
(ГОСТ 15122—79)
D —
400 мм,
L
= 6 м,
d
= 25Х 2 мм
1 *
1750
1530
1530
36,5
D —
400 мм,
£ = 4 м,
d
= 25X 2 мм
2
1290
1200
2400
40,3
К о ж у х о т р у б ч а т ы е х о л о д и л ь н и к и д в у х х о д о в ы е
(ГОСТ 15120-79)
D —
325 мм,
1 = 4 м,
d
= 25Х 2 мм
2
820
900
1800
54,7
D
— 400 мм,
1
L
= 6 м,
d
= 20Х 2 мм
0 Нет запаса поверхности
**
Запас слишком велик
(-
1890
1800
теплопередачи.
-48
%).
1800
33,5
Средняя разность температур:
к 4
91,7— 14,7
л ъ
1
o r _
л п t
v
й ' ср
2,3 lg (Д/д/Д/м) ~ 2,3 lg (91,7/14,7) ”
Средняя температура толуола:
fa = / x — Д*с р « 1 1 2 ,7 -4 2 ,1
& 7 0 °С .
Расход толуола:
G2
= 20 000/3600 = 5,56 кг/с;
V2 = Grf
р3 = 5,56/820 = 0,00678 м*/в.
Здесь ра — 820 кг/м3 — плотность толуола при 70 °С (табл. IV).
■
Расход теплоты на нагрев толуола!
Q
в G2ca (faH — /ав) = 5,56.1800 (98 - 21) = 771 ООО Вт,
где са = 1800 Д ж /(к г-К )— средняя удельная теплоемкость толуола (рис. X I),
Расход сухого греющего пара с учетом 7
%
потерь теплоты:
.
1.07Q
1,07-771000
,
Ot***
г
~
2227-10э
= 0 ' 3 7 к г /с'
где
г =
2227-103 Д ж /к г — удельная теплота конденсации водяного пара
(табл. LVII).
Ориентировочно определяем максимальную величину площади поверхности
теплообмена. По табл. 4.8 минимальное значение коэффициента теплопередачи
для случая теплообмена от конденсирующегося водяного пара к органическим
жидкостям (подогреватели Кмин = 120 Вт/(м2-К)). При этом
„
_
Q
771000 _ . 150m3i
Л щ в Д /о р
120-42,1
Расчет первого варианта
(Rea > 10 000).
Составляем схему процесса теплопередачи (по типу рис. 4.23).
Д л я обеспечения турбулентного течения толуола при Re3 > 10 000 ско
рость в трубах должна быть больше
w%:
10000u2
10000-0,36-10-s
п ОЛО
.
Wi
=
“ " 0/021-820
■
= ° ’209 М/С’
где р.а = 0,36-10_3 П а-с — динамический коэффициент вязкости толуола при
7 0 °С (табл. IX).
Число труб 25X2 мм, обеспечивающих объемный расход толуола при Rea =
=
10
0 0 0
:
_
Va
0,00678
0 , 7 8 5 0 , 7 8 5 . 0 , 0 2 1 2 . 0 , 2 0 9
Условию я < 93,7 и F < 150 ма удовлетворяют (табл. 4.12} два теплооб
менника:
а)
четырехходовый диаметром 600 мм с числом труб на один ход трубного
пространства
п
= 52,5 (общее число труб 210);
б) шестиходовый диаметром 600 мм с числом труб на один ход трубного про
странства
п =
33 (общее число труб 198).
Выбираем четырехходовый аппарат, как более простой.
I . Коэффициент теплоотдачи для толуола.
Уточняем значение критерия Rea:
Re2 = 10 000
(n'ln)
= 10 000 (93,7/52,5) = 17 850.
Критерий Прандтля для толуола при 70 СС:
Рга =
1800 • 0,36 ’ 10-»/0,1248 = 5,19.
Здесь
К =
0,1248 Вт/(м • К) — коэффициент теплопроводности толуола нов
70 СС (рис. X).
Расчетная формула (4.17):
N
u
2 « 0,021 .R ^ ^ P rS * 43 ( Р Г2/Р Г СТ. 2) ° ^ Ч = 0,021.17 850°’8 -5,19°*43 х
Отношение (Pra/P r0T, g)0’25 принято равным 1,05 (с последующей проверкой).
Таким образом,
«а = NuAj/di, = 112,7-0,1248/0,021 = 669 Вт/(ма-К).
II. Коэффициент теплоотдачи при конденсации водяного пара на пучке го
ризонтальных труб.
Расчет осуществляем приближенно (бео учета влияния поперечных перего
родок) по формуле (4.54):
= а ср ~ 1.28в ^ д^о.аз ~ 2j02
Do'stlaringiz bilan baham: |
