Ориентировочный расчет теплообменного аппарата для подогрева исходного раствора перед подачей в выпарной аппарат - Технологический процесс выпаривания водного раствора карбоната калия под вакуумом
2.2.1 Определение средних температур теплоносителей.
Рис. 1 Температурная схема
Где t'Нач - начальная температура исходного раствора (по заданию)
TБ, tМ - большая и меньшая разность температур соответственно, С;
TБ, tМ - большая и меньшая разность температур соответственно, С;
TНач - температура исходного раствора после подогревателя, С ;
TБ = tКонд. гр. п - t'Нач
TМ = tКонд. гр. п - tНач
TБ = 116,3-14=102,3 С
TМ = tКонд. гр. п - tКон
TМ =116,3-91,04=25,26С
Температура гонденсации греющего пара 116,3 С. Так как она постоянна, то среднюю разность температур за время нагрева можно расчитать по формуле:
Tср=( tб - tм )/ 2,3*lg( tб/ tм )
Tср=(102,3-25,26)/(2,3*lg( 102,3/25,26))=55,14 С
Средняя температура MgCl2:
Tср=116,3-55,14=61,16 С
Расчитаем удельную теплоемкость раствора при средней температуре:
Ср0=4223,6+2,476*61,16*lg(61,16/100)=4191,264 Дж/кг*К
Ср=4191,264+(-6530,3+4804,79*0,03+5,64*61,16-1,979*10^-2*61.16^2)*0.03
Cр=4007,8 Дж/ кг*К
Расчитаем динамический коэффициент вязкости для средней температуры:
М0=0,59849*(43,252+61,16)^-1.5423=4.6*10^-4 Па*с
Lg M=lg 4.6*10^-4+(2.1786-3.825*10^-3*61.16+4.17079*10^-6*61.16^2)*0.03
LgM=-3.27
M=10^-3.27=5.37*10^-4 Па*с
Плотность раствора при средней температуре:
Р0=1000-0,062*61,16-0,00355*61,16^2=982.93 кг/м
Lg P=lg 982.93+(0.3372+7.9113*10^-4*61.16-3.2426*10^-6*61.16^2)*0.03=3.004
P=10^3.004=1009.25 кг/м^3
Для обеспечения турбулентного течения при Re >10000 скорость в трубах должна быть больше W'2:
W'2=(10000*M2)/(d2P2)=(10000*5.37*10^-4)/(0.021*1009.25)=0.253м/с
Число труб, обеспечивающих объемный расход при Re=10000
Нагревательный температура выпаривание
N'=V2/(0.785*d2*W2')=0.00358/(0.785*0.021^2*0.253)=41
Где V2=G2/P2=3.611/1009.25=0.00358м^3/c
Расход теплоты на нагрев раствора равен:
Q=G*C*(tk-th)=3.611*4007.8*(91.04-14)=1.115*10^6Вт
Ориентировочно определяем максимальную величину площади поверхности теплообмена. Минимальное значение коэффициента теплопередачи равно 800 Вт/м^2*К. При этом :
F=Q/ Kmin* tcp=1.115*10^6/(800*55.14)=25.28 м^2
Данному условию удовлетворяют два теплообменника ( табл. 4,12 стр 215):
- 1. Двухходовой, диаметром 400 мм с общим числом труб 100, и на один ход трубного пространства 50. 2. Шестиходовой, диаметром 600 мм с общим числом труб 196 , и на один ход трубного пространства 32,7.
Расчет двухходового теплообменника.
Уточняем значение критерия Re2:
Re2=10000*(41/50)=8310
Ввиду того, что данное значение критерия Рейнольдса соответствует переходному режиму, Значение критерия Нуссельта расчитывается по формуле :
Nu=0.022*Re^0.8*Pr2^0.4*(M/Mct2)^0.14=50.357
Расход теплоты на нагрев раствора равен 1,115 МВт. Примем расход теплоты на потери в атмосферу за 5% , тогда расход сухого греющего пара равен :
G1=1.05*Q/r=1.05*1.115*10^6/2217*10^3=0.528 кг/с
Где r-удельная теплота конденсации водяного пара ( табл. Стр. 550) Дж/кг.
Так как nи - число труб по вертикали для горизонтальных аппаратов - для выбранного аппарата равно 10 ( стр. 215), то коэффициент Е=0,65 ( стр.162 , по графику зависимости для шахматного расположения труб.).
Расчет теплоотдачи при конденсации водяного пара на пучке горизонтальных труб.
Расчет осуществляется приближенно (без учета поперечных перегородок) по формуле :
L1=2.02*E*Bt*(n/G1)^1/3*L^1/3=2.02*0.65*1059*(100/0.528)^1/3*L^1/3=7985.1*L
Пусть L=3м, тогда :
L1=Lcr=3^1/3*7985.1=11636.569Вт/м^2K
Примем температуру стенки t''2=113 C, тогда удельная тепловая нагрузка будет равна:
Q1=L1(*t1-tct)=11636.569*(116.3-113)=3.674*10^4Вт/м^2
Сумма термических сопротивлений равна:
- ?r=д/л + rзагр1 + rзагр=0.002/46.5 + 1/5800 + 1/1800=7,71*10^-4 м-К/Вт 1/rзагр=5800 Вт/м^2*K (стр 531)
Лст=46,5 Вт/м*К (стр 529)
Tст2=tст1-q1*?rст=113-3,674*10^4*7.71*10^-4=84.811 C
Pr2=C2M2/ л2=4007.8*5.37*10^-4/0.651=3.246
Л0=0.5542+0.00246*61.16-0.00001184*61.16^2=0.66 Вт/м*К
Л2=0,66*(1-0,49317*0,03)=0,651 Вт/м*К
Prст2=Сст2*Мст2/ Лст2=4027*3,834/0,65=2,37
Для того чтобы расчитать критерий Прантля для температуры стенки равной 84,811 С, необходимо найти для этой температуры динамическмй коэффициент вязкости, равный, в данном случае:
М0=0,59849*(43,252+84,811)^-1.5423=3.363*10^-4Па*с
LgM=lg 3.363*10^-4+(2.1786-3.825*10^-3*84.811+4.17079*10^-6*84.811^2)*0.03=-3.417
M=10^-3.417=3.831*10^-4 Па*с
Удельная теплоемкость: Ср=4027 Дж/кг*К
Коэффициент теплопроводности: Л=0,667 Вт/м*К
Из вычесленных значений можно найти коэффициент теплоотдачи:
L2=Nu2* Л2/d2=50.357*0.667/0.021=1561 Вт/м*К
Q2=L2*(tст2-t2)=1561*(84.811-61.16)=36831 Вт/м^2 По
Значениям расчитанных тепловых нагрузок q1,q2 ,расчитаем расхождение:
Е=(36831-36741)/36831=0,00221*100=0,221
Так как данное приближение не превышает 5% то дальше расчет можно не продолжать.
Сводная таблица расчетов расхождений | ||||||||
T1 С |
Tст1 С |
L1 |
Q1Вт/м^2 |
?rст |
Tст2 С |
L2 |
Q2Вт/м^2 |
E*100 |
116.3 |
113 |
1.163 *10^4 |
3.674 *10 |
7.71 *10 |
84.811 |
1.561 *10 |
3.673 *10 |
0.221 |
Расчет шестиходового теплообменника
Уточняем значение критерия Re2:
Re2=10000*(41/32,7)=12720
Расчет теплоотдачи при конденсации водяного пара на пучке горизонтальных труб.
Расчет осуществляется приближенно (без учета поперечных перегородок) по формуле :
L1=2.02*E*Bt*(n/G1)^1/3*L^1/3=2,02*0,6*1056*(196/0,528)^1/3*L^1/3=7661.02*L^1/3
Пусть L=2м, тогда:
L1=2^1/3*7661.02=9630 Вт/м^2*К
Pr2=3.246
Л2=0.651 Вт/м*К
Примем температуру стенки t''2=112 C, тогда удельная тепловая нагрузка будет равна:
Q1=L1(*t1-tct)=9630*(116,3-112)=41600 Вт/м^2
Tст2=tст1-q1*?rст=112-41600*7,71*10^-4=79,906 С
Prст2=Сст2*Мст2/ Лст2=4022*4,073*10^-4/0.665=2.464
Для того чтобы расчитать критерий Прантля для температуры стенки равной 79.906 С, необходимо найти для этой температуры динамическмй коэффициент вязкости, равный, в данном случае:
М0=0,59849*(43,252+79.906)^-1.5423=3.572*10^-4Па*с
LgM=lg 3.363*10^-4+(2.1786-3.825*10^-3*79.906+4.17079*10^-6*79.906^2)*0.03=-3.39
M=10^-3.39=4.073*10^-4 Па*с
Удельная теплоемкость: Ср=4022 Дж/кг*К
Коэффициент теплопроводности: Л=0,665 Вт/м*К
Так как значение критерия Рейнольдса, в данном случае, удовлетворяет турбулентному режиму течения, то критерий Нуссельта может быть вычислен по следующей формуле:
Nu=0.021*Re^0.8*Pr2^0.43 *(Pr/Prct2)^0.25
Nu=0.021*12720^0.8*3.246^0.43*(3.246/2.464)^0.25=71.715
Из вычесленных значений можно найти коэффициент теплоотдачи:
L2=Nu2* Л2/d2=71.715*0.665/0.021=2231.19 Вт/м*К
Q2=L2*(tст2-t2)=2231.19*(79.906-61.16)=4.154*10^4 Вт/м^2
По значениям расчитанных тепловых нагрузок q1,q2 ,расчитаем расхождение:
Е=(41600-415400)/41600=0,0015*100=0,15
Так как данное приближение не превышает 5% то дальше расчет можно не продолжать.
T1 С |
Tст1 С |
L1 |
Q1Вт/м^2 |
?rст |
Tст2 С |
L2 |
Q2Вт/м^2 |
E*100 |
116,3 |
112 |
9,63*10^4 |
4.16 *10^4 |
7.71 *10^-4 |
79.906 |
2231.19 |
4.154 *10^4 |
0.15 |
Расчитаем площадь поверхности теплообмена для двухходового теплообменника
F=Q/q=1.115*10^6/36740=30.276м^2
Расчетная длина труб равна:
L=F/П*n*dср=3,276/3,14*100*0,023=4,2м
Подходящий теплообменник : F=31м^2 L=4м. Запас поверхности составляет 2,3%.
Для шестиходового теплообменника:
F=1.115*10^6/41600=26.842м^2
L=26.842/3.14*196*0.023=1.89м
Так как в двухходовом теплообменнике длина труб больше, чем в шестиходовом, то выбираем шестиходовой теплообменник. Кроме того двухходовой подогреватель не удовлетворяет турбулентному течению. Запас поверхности для шестиходового теплообменника равен 13,4%.
Похожие статьи
-
Материальный баланс процесса выпаривания Основные уравнения материального баланса: Где - массовые расходы начального и конечного раствора, кг/с; ХНач,...
-
Устройство выпарных аппаратов. Разнообразные конструкции выпарных аппаратов применяемых в промышленности, можно классифицировать по типу поверхности...
-
Введение - Технологический процесс выпаривания водного раствора карбоната калия под вакуумом
Выпаривание - это процесс концентрирования растворов твердых нелетучих веществ путем частичного испарения растворителя при кипении жидкости. Выпаривание...
-
Обоснование выбора теплообменника В нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, газовой и других отраслях промышленности наибольшее...
-
Описание технологической схемы. В однокорпусной выпарной установке подвергается выпариванию водный раствор карбоната калия под вакуумом. Исходный раствор...
-
Расчет теплообменных аппаратов, Дефлегматор - Ректификационная установка
Дефлегматор Для конденсации паров, выходящих из ректификационной колонны принимаем дефлегматор водяного охлаждения. Выбирая его тип, определим площадь...
-
Уточняем значение критерия Рейнольдса Re . Критерий Прандтля для воды при средней температуре t2=28єС равен , Где л2=0,611 - коэффициент теплопроводности...
-
Принимаем среднее значение тепловой проводимости загрязнений стенок со стороны конденсирующегося водяного пара, со стороны кубового остатка (почти чистый...
-
При расчете потребного количества оборудования необходимо привести формулы для расчета производительности с расшифровкой входящих в них параметров и...
-
Составление расчетной схемы и исходного уравнения для расчета зажимного усилия Силовой расчет станочных приспособлений можно разбить на следующие этапы:...
-
Размерные цепи и их уравнения Составим уравнения операционных размерных цепей в виде уравнений номиналов. В общем виде это выглядит: [A] = IAI, (3.1) Где...
-
Далее производим расчет поверхности всех теплообменников ректификационной установки. Приводим пример полного расчета поверхности кубового испарителя для...
-
Расход теплоты, получаемой кипящей жидкостью от конденсирующего пара в кубе-испарителе колонны, Вт, определяется по формуле , (58) Где - расход теплоты,...
-
Определение диаметра и толщины стенки трубопровода - Технологический расчет нефтепровода
Ориентировочное значение внутреннего диаметра вычисляется по формуле: Где - рекомендуемая ориентировочная скорость перекачки в зависимости от плановой...
-
Расчет и подбор компрессора Холодильный компрессор - агрегат, отвечающий за сжатие и перекачку паров хладагента используется в промышленности и в...
-
Далее производим расчет поверхности всех теплообменников ректификационной установки. Кипятильник Температурные условия процесса. Согласно заданию...
-
Задание Спроектировать кожухотрубный теплообменник для нагревания G, кгс, продукта от начальной температуры t2Н до конечной t2К теплоносителем с...
-
Механизация и автоматизация технологических процессов Технология переработки полимеров - это область науки и техники, изучающая процессы, предназначенные...
-
Расчет времени отжига Для расчета времени отжига нам необходимо знать верхнюю и нижнюю границу отжига, а также термостойкость стекла. Эти данные можно...
-
Расчет времени отжига Для расчета времени отжига нам необходимо знать верхнюю и нижнюю границу отжига, а также термостойкость стекла. Эти данные можно...
-
Напряжение используемых линий элетропередач 35кВ. Типы применяемых заземлителей: вертикальный стержневой (трубообразный) зазелитель L = 3 м, d = 0,05 м,...
-
Затраты на технологическую энергию определяются по формуле: (4.9) Где - затраты на технологическую энергию на i-ой операции, руб. - установленная...
-
Производственной программой по ТО и ТР подвижного состава устанавливается количество воздействий ТО-1, ТО-2, КР, а также трудовые затраты на их...
-
Расчет вентиляции - Сварка вертикальных швов стенки резервуара для хранения нефтепродуктов
Зонты служат для улавливания вредных веществ с тепловыделениями, создающими устойчивый восходящий поток. Зонты делаются открытыми со всех сторон и...
-
Исходные данные: Паспортная производительность, л/ч - 5000; Рабочее давление, МПа - 20; Мощность электродвигателя, кВт - 37; Частота вращения, мин-1 -...
-
Материальный баланс Для расчета необходимо концентрации исходной смеси, дистиллята и кубового остатка выразить в массовых долях по формуле (1) Где -...
-
Введение Локализация и ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов предусматривает выполнение многофункционального комплекса задач, реализацию...
-
В данном разделе мы рассчитаем потребное количество сырья, вспомогательным материалов и тары в 1 смену для выпуска готовой продукции в установленном...
-
Одним из основных элементов манипулятора является привод. В условиях повышенных требований к вакуумной гигиене широкое применение в качестве приводов...
-
Выделим в столбе воздуха вертикальной высоты Н элемент dz, ограниченный сечениями 1-1 и 2-2, так чтобы в пределах выделенного элемента объемный вес...
-
Проверочный расчет зубчатых колес - Проектирование и применение токарного станка модели 1К660Ф3
Проверочный расчет по контактным и изгибным напряжениям, который произведем с помощью ЭВМ, позволяет одновременно производить анализ работоспособности...
-
Средняя плотность жидкости по высоте колонны, кг/м3 определяется по уравнению (14) Где, - плотности низкокипящего и высококипящего компонентов при...
-
Расчет подшипника вручную - Расчет подшипника вручную
Условия работы подшипника скольжения в существенной мере зависят от качества обработки трущихся поверхностей. Шероховатость поверхности характеризуется...
-
В дефлегматоре конденсируется вода с небольшим количеством метанола. Температура конденсации пара дистиллятора = 65 0С. Температуру воды на входе в...
-
Воспользуемся рассчитанными данными из таблицы 3. Рассчитаем теперь lgKp для рабочей температуры (Траб=15000К) Процесс (рафинировочная плавка меди), при...
-
Для исследования точности рассмотрим реакцию системы на типовое воздействие вида "Ступенька". Данное воздействие является одним из наиболее сложных для...
-
Находим объемную скорость горячего и холодного теплоносителей: (м3/с) Где V1,V2 - объемная скорость горячего и холодного теплоносителя. 11. Рассчитываем...
-
Основные нормы технологического режима работы аммиачного абсорбера приведены в таблице 2. Таблица 2 - Показатели технологического режима [5] Наименование...
-
Заварка ламп является основной сборочной операцией при изготовлении ламп. Она заключается в герметичном соединении собранной ножки с колбой. Процесс...
-
1 Определяем длительный ток в линии: Длительный ток электродвигателя: Где Рн - номинальная мощность электродвигателя, Вт; U - напряжение, В; Cos -...
Ориентировочный расчет теплообменного аппарата для подогрева исходного раствора перед подачей в выпарной аппарат - Технологический процесс выпаривания водного раствора карбоната калия под вакуумом