Расчёт холодильника кубовой жидкости (кожухотрубчатого теплообменника).

21

6. Поправку для средне-логалифмической разности температур определим по уравнению:

 (2.4.5)

 (2.4.6)

 (2.4.7)

 (2.4.8)

 (2.4.9)

7. Делаем поправку для температуры:

                                            Δt_ср= Δt_{ср лог} ·ε = 60,1·0,891 = 53,5°C (2.4.10)

8. Определяем поверхность теплообмена

 (2.4.11)

Подбираем теплообменник:

L_труб=2 м, d_труб=25´2 мм, D_кожуха=325 мм, F =9 м², число труб= 56, число ходов=2

 9. В выбранном теплообменнике запас поверхности:

22

Расчёт холодильника дистиллята (кожухотрубчатого теплообменника).

Рассчитать и подобрать нормализованный кожухотрубчатый теплообменник для теплообмена между двумя растворами. Горячий раствор в количестве G₂ = P = 0,6 кг/с охлаждается от t_2н= 100°С до t_2к=17°С.

Начальная температура воды равна t_2в= 5 ⁰С.

1. Рассчитаем среднюю температуру раствора:

t₂ = 0,5·(100+17) = 58,5°C

при этой температуре смесь имеет следующие физико-химические характеристики:

r₁ =994,7 кг/м³;

l₁ = 0,41 Вт/м∙К;

m₁ = 0.000597 Па∙с;

с₁ = 3194,8 Дж/кг∙К.

Холодная жидкость температуре t₂=17°С имеет следующие физико-химические характеристики:

r₂ = 1025 кг/м³;

l₂ = 0,38 Вт/м∙К;

m₂ = 0.001 Па∙с;

с₂ = 3085,4 Дж/кг∙К.

 2. Тепловая нагрузка аппарата:

Q= G₁∙с₁∙ (t_1н- t_1к)=0,6∙3194,8∙(100 - 17)=159101 Вт. (2.5.1)

3. Расход охлаждающей воды:

 кг/с (2.5.2)

3. Определение средне-логарифмической разности температур:

 (2.5.3)

Примем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи K_ор=800 Вт/м²´К.

4. Рассчитаем требуемую поверхность теплообмена:

 (2.5.4)

23

5. Поправку для средне-логалифмической разности температур определим по уравнению:

 (2.5.5)

 (2.5.6)

 (2.5.6)

 (2.5.7)

 (2.5.8)

9. Делаем поправку для температуры:

                                            Δt_ср= Δt_{ср лог} ·ε = 36,7·1,23 = 45,1°C (2.5.9)

10. Определяем поверхность теплообмена

 (2.5.10)

Подбираем теплообменник:

L_труб = 1,5 м, d_труб = 20∙2 мм, D_кожуха = 273 мм, F = 6 м².

 7. В выбранном теплообменнике запас поверхности:

24

Расчёт ёмкости для исходной смеси и продуктов разделения.

 ,  (2.6.1)

где

G - расход жидкости, кг/с.

t = 2 часа = 2·3600 = 7200 сек - время.

r - плотность жидкости, кг/м³.

j = 0,8 - коэффициент заполнения.

1. Ёмкость для исходной смеси:

 (2.6.2)

2. Ёмкость для сбора дистиллята:

 (2.6.3)

3. Ёмкость для кубовой жидкости:

 (2.6.4)

25

Расчёт и выбор насоса.

Подобрать насос для перекачивания исходной смеси вода-уксусная кислота при температуре 20°С из открытой ёмкости в аппарат, работающий под избыточным давлением 0,1 МПа. Расход жидкости 2,64 кг/с.

Проверить возможность установки насоса на высоте 4 м над уровнем жидкости в ёмкости.

3.1. Выбор трубопровода

1. Для всасывающего и нагнетательного трубопровода примем одинаковую скорость течения жидкости, равную 3 м/с. Тогда диаметр равен:

(3.1.1)

Выбираем стальную трубу наружным диаметром 45 мм, толщиной стенки

3,5 мм (по таблице). Внутренний диаметр трубы d = 0,038 м.

2. Фактическая скорость воды в трубе:

 (3.1.2)

Примем, что коррозия трубопровода незначительна.

3.2. Определение потерь на трение местные сопротивления

 (3.2.1)

т.е. режим течения турбулентный.

Примем абсолютную шероховатость равной D=2·10^-4 м.

Тогда:

 (3.2.2)

Далее получим:

 Таким образом, в трубопроводе имеет место смешанное трение, и расчет l следует проводить по формуле:

 (3.2.3)

26

2.1. Определим сумму коэффициентов местных сопротивлений:

сумма коэффициентов во всасывающей линии

åx_вс = 0,5+1+1,1·2+3·0,83·0,92 = 6 (3.2.4)

сумма коэффициентов в нагнетательной линии

åx_н = 0,5+1+1,1·2+2·4,8 = 13,3 (3.2.5)

2.2. Потерянный напор во всасывающей и нагнетательной линии находим по формуле:

 (3.2.6)

2.3. Общие потери напора:

h_п = h_{п вс}+h_{п наг} = 3,7+5,62 = 9,31 м (3.2.7)

3.3. Выбор насоса.

3.1. Находим потребный напор насоса по формуле:

 (3.3.1)

Такой напор при заданной производительности обеспечивается одноступенчатыми центробежными насосами. Учитывая широкое распространение этих насосов в промышленности ввиду достаточно высокого к.п.д., компактности и удобства комбинирования с электродвигателями, выбираем для последующего рассмотрения именно эти насосы.

3.2.Полезную мощность насоса определим по формуле:

N_п = r·g·Q·H = 1023·9,8·0,0264· 34,28= 9051 Вт = 9,05 кВт (3.3.2)

Примем h_пер=1 и h_н=0,6 (для центробежного насоса средней производительности),

3.3. Найдём мощность на валу двигателя:

кВт (3.3.3)

27

По таблице устанавливаем, что заданной подаче и напору более всего соответствует центробежный насос марки Х20/53, для которого при оптимальных условиях работы Q=5,5·10^-3 м³/с, Н=34,4 м, h_н=0,5. Насос обеспечен электродвигателем АО2 -52-2 номинальной мощностью N_н =13 кВт, h_дв =0,87. Частота вращения вала n = 48,3 с^-1.

4. Определение предельной высоты всасывания

4.1. Рассчитаем запас напора на кавитацию:

h_з = 0,3· (Q·n²)^2/3 = 0,3· (0,0264·48,3²)^2/3 = 3,5 м (4.1)

 По таблицам давлений насыщенного пара найдём, что при 20°С p_t = 2,34·10^-3 Па.

Примем, что атмосферное давление равно р₁ = 10⁵ Па, а диаметр всасывающего патрубка равен диаметру трубопровода.

 Тогда по формуле найдём:

 (4.2)

Таким образом, расположение насоса на высоте 4 м над уровнем жидкости в ёмкости вполне возможно.

Выбираем насос:

Таблица 2. Выбор насоса для отвода кубового остатка и дистиллята.

28