 |
Расчёт кожухотрубчатого конденсатора (дефлегматора).
|
|
|
|
Рассчитать и подобрать нормализованный вариант конструкции кожухотрубчатого конденсатора смеси паров органической жидкости и паров воды (дефлегматора) для конденсации G1 = P = 0,6 кг/с паров.
Удельная теплота конденсации смеси r1= 611700 Дж/кг,
температура конденсации tk = 100°С.
Физико-химические свойства конденсата при температуре конденсации:
l1 = 0,681 Вт/м·К;
r1 = 958 кг/м3;
m1 = 0,000284 Па·с.
Тепло конденсации отводить водой с начальной температурой t2н= 17°С.
Примем температуру воды на выходе из конденсатора t2к= 42°С.
1. Рассчитаем среднюю температуру воды:
t2 = 0,5·(17+42) = 29,5°C
При этой температуре исходная смесь будет иметь следующие физико-химические показатели:
c2 = 4183,8 Дж/кг·К
ρ2 = 995,15 кг/м3- плотность
μ2 = 0,000811 Па·с – вязкость
λ2 = 0,614 Вт/м·К – теплопроводность
Pr2 = 5,5
2. Рассчитаем тепловую нагрузку аппарата:
Q = G1·r1 = 0,6·611700 = 367020 Вт (2.2.1)
3. Рассчитаем расход воды:
(2.2.2)
4. Рассчитаем среднюю разность температур:
(2.2.3)
Примем Kор= 600 Вт/м2·К.
5. Рассчитаем ориентировочное значение требуемой поверхности теплообмена:
(2.2.4)
6. Задаваясь числом Re2= 15000, определим соотношение n /z для конденсатора из труб диаметром dн= 20´2 мм:
17
(2.2.5)
где n – общее число труб;
z – число ходов по трубному пространству:
d – внутренний диаметр труб, м.
В соответствии с табличными значениями соотношение n /z принимает наиболее близкое к заданному значению у конденсаторов с диаметром кожуха D = 400 мм, диаметром труб 20´2 мм, числом ходов z = 2 и общим числом труб n = 166.
N /z = 166 / 2 = 83.
|
|
|
Наиболее близкую к ориентировочной поверхность теплопередачи имеет нормализованный аппарат с длиной труб L = 3 м; F = 31 м2.
7. Рассчитаем действительное число Re2:
(2.2.6)
8. Определим коэффициент теплоотдачи к воде:
, (2.2.7)
(2.2.8)
(2.2.9)
Вт/м2∙К;
9. Коэффициент теплоотдачи от пара, компенсирующегося на пучке горизонтально расположенных труб, определим по уравнению:
(2.2.10)
Вт/м2·К;
10. Сумма термических сопротивлений стенки труб из нержавеющей стали равна:
(2.2.11)
18
11. Коэффициент теплопередачи:
(2.2.12)
12. Требуемая поверхность теплопередачи:
(2.2.13)
Конденсатор с длиной труб 2 м и поверхностью 11 м2 подходит с запасом:
19
2.3. Рассчитываем кожухотрубчатый испаритель.
Выбрать тип, рассчитать и подобрать кожухотрубчатый теплообменник для подогрева G2 = W = 2,033 кг/с органической жидкости. Органическая жидкость кипит при температуре 117,8°C
При этой температуре исходная смесь будет иметь следующие физико-химические показатели:
c2 = 2523 Дж/кг·К - теплоемкость
ρ2 = 938,64кг/м3- плотность
μ2 = 0,00038 Па·с – вязкость
λ2 = 0,15 Вт/м·К – теплопроводность
r2 = 390462 Дж/кг
σ2 = 18,2·10-3н/м
Для подогрева использовать насыщенный водяной пар давлением 0,4 МПа. Температура конденсации t1=143,62°C.
При этой температуре конденсат имеет следующие характеристики:
r1 = 2133800 Дж/кг - удельная массовая теплота испарения (конденсации)
ρ1 = 924,1 кг/м3- плотность
μ1 = 0,000186 Па·с – вязкость
λ1 = 0,686 Вт/м·К – теплопроводность
Pr1 = 1,17
1. Рассчитаем тепловую нагрузку аппарата:
Q= G2·r2 = 2,033·390462= 793809,2 Вт (2.3.1)
3. Рассчитаем расход пара для подогрева исходной смеси:
|
|
|
(2.3.2)
4. Рассчитаем среднюю разность температур:
t = t1- t2 = 143,62-117,8 = 25,82°C
Примем коэффициент теплопередачи равной Kор= 800 Вт/м2∙К.
5. Рассчитаем площадь поверхности передающей тепло:
(2.3.3)
Возьмём пластинчатый теплообменник с поверхностью теплообмена F = 42 м2.
с диаметром кожуха D = 400 мм, длинной труб L = 4 м.
7. Определим запас площади теплообменника:
Δ = (F-Fор)·100/ Fор = (42-38,43)·100/38,43 = 9%
Таким образом выбранный теплообменник подходит с запасом 9%.
Масса испарителя составляет 1260 кг.
20
|
|
|
