Расчет теплообменного аппарата

Аппараты теплообменные кожухотрубчатые с неподвижными трубными решётками и кожухотрубчатые с температурным компенсатором на кожухе применяются в тех случаях, когда нет необходимости в механической очистке межтрубного пространства (очистка от осадка возможна только для трубного пространства). Поэтому в трубное пространство подают ту жидкость (воду или водные растворы), которая при нагревании или выпаривании может выделять нерастворимый осадок на стенках труб, а в межтрубное пространство подают чистую жидкость или конденсирующийся пар.

В кожухотрубчатом теплообменнике одна из обменивающихся теплом сред движется внутри труб (в трубном пространстве), а другая – в межтрубном пространстве.

Среды обычно направляются противотоком друг к другу. При этом нагреваемую среду направляют снизу вверх, а среду, отдающую тепло, – в противоположном направлении. Такое направление движения каждой среды совпадает с направлением, в котором стремится двигаться данная среда под влиянием изменения её плотности при нагревании или охлаждении.

В данной работе используется аппарат – кожухотрубчатый теплообменник, в межтрубном пространстве которого конденсируются пары органической жидкости, а в трубном пространстве циркулирует жидкий теплоноситель (вода).

Рассчитать необходимую поверхность кожухотрубчатого теплообменника, в межтрубном пространстве которого при атмосферном давлении конденсируются пары органической жидкости в количестве G кг/час. Тепло конденсата отводится водой, имеющей начальную температуру tн.

Подобрать нормализованный теплообменный аппарат.

Дано:

Аппарат – кожухотрубчатый теплообменник;

Органическая жидкость – сероуглерод;

G = 15000 кг/ч;

P = 1,03·10 Па;

tн = 17 °С.

Примем конечную температуру охлаждающей воды, равной 40 °С.

Выпишем основные физико-химические параметры теплоносителей при давлении P = 1,013·10 Па:

tконд = 46,3 С - температура конденсации сероуглерода;

rконд = 349,5·10 Дж/кг - удельная теплота конденсации сероуглерода;

ρконд. СУ=1290 кг/м - плотность конденсированного СS2 при 46,3 °С;

Своды=4,185·103 Дж/(кг·К) – теплоёмкость воды;

Cконд=984,65 Дж/(кг·К) – теплоёмкость конденсата сероуглерода;

μводы =0,818·10-3 Па·с;

ρводы =995 кг/м3;

Тогда температурная схема:

46,3 46,3

17 40

tб=29,3 tм=6,3

Δtcp °С; - средне-логарифмическая разность температур.

Предварительный расчёт:

1). Тепловые потери направлены на добавочное охлаждение конденсирующегося сероуглерода, поэтому нет необходимости в теплоизоляции аппарата. Примем потери тепла в окружающую среду, равными 4% от общей тепловой нагрузки на аппарат Q:

Qпот.=0,04·Q;

Тогда тепловая нагрузка аппарата (количество тепла, которое определяет поверхность теплообмена, и которое необходимо отводить при помощи воды):

Q=G·rконд.- Qпот=;

2). Расход охлаждающей воды определим из уравнения теплового баланса.

, где:

G= кг/с;

CВ=4,185·103 Дж/(кг·К) – теплоёмкость воды;

Тн=17+273=290 К; Тк=40+273=313 К.

кг/с;

3). Поскольку расчёт теплообменного аппарата – предварительный, то коэффициент теплопередачи можно принять, например, равным 500 (из допустимого интервала 300800, при теплопередаче от конденсирующегося пара орг. жидкостей к воде, при вынужденном движении), тогда ориентировочное значение поверхности теплообмена будет равно:

м2;