Расчет нормализованного конденсатора (стр. 2 из 3)

Тогда тепловая нагрузка на конденсатор будет равна:

где 3600-число секунд в часе.

Пункт 5

Расчет расхода воды G₂, необходимого для проведения процесса конденсации. Из приведенного в п.4 уравнения теплового баланса определим G₂:

где

- удельная теплоемкость воды при ее средней температуре 30^оС, t_2H =20^оС – начальная температура воды на входе в конденсатор,

t_2К =40^оС – конечная температура воды на выходе из конденсатора (согласно практическим рекомендациям воду нельзя нагревать выше 45^оС во избежание выпадения солей жесткости в аппарате).

Для дальнейших расчетов нам понадобиться объемный расход воды V₂, который можно найти из известного соотношения:

,

Здесь

- плотность воды при 30^оС.

Пункт 6

Определение среднего температурного напора (средней разности температур)

. Все теплообменные процессы с точки зрения изменение температуры потоков можно разделить на две группы:

1. Процессы, в которых существенно изменяются температуры обоих теплоносителей. Для расчета средней разности температур в этом случае необходимо учитывать взаимное направление движения потоков.

2. Процессы, в которых температура хотя бы одного потока остается постоянной или меняется незначительно. для таких процессов взаимное направление движения не оказывает влияния на величину

. Сюда относятся конденсации и кипения.

В рассматриваемом примере температура конденсирующегося пара изменяется с 111 до 92^оС.

Для прямотока:

В этом случае средняя разность температур будет равна:

,

где ∆t_б и ∆t_м – большая и меньшая разности температур на концах аппарата.

В случае организации противотока в конденсаторе:

Итак, мы убедились, что для конденсаторов средняя разность температур не зависит от способа организации теплообмена. Для дальнейших расчетов будем считать

Пункт 7

Принятие коэффициента теплопередачи К_прин. и приближенная оценка требуемой поверхности теплопередачи F_прибл. Обобщение опыта эксплуатации большого числа конденсаторов показывает, что коэффициент теплопередачи в них обычно лежит в пределах

. Примем коэффициент теплопередачи для нашего случая . Тогда приблизительная требуемая поверхность теплопередачи будет равна:

Пункт 8

Выбор стандартного конденсатора и его эскиз. Воспользовавшись приложением 4, принимаем к установке двухходовой конденсатор со следующими характеристиками:

Диаметр кожуха (внутренний) D	800 мм
Диаметр труб трубного пучка	25×2 мм
Число ходов по трубному пространству z	2
Длина труб трубного пучка L	3 м
Площадь поверхности теплопередачи F	104 м2
Общее число труб n	442 шт
Масса аппарата	3450 кг

Пункт 9

Расчет теплофизических свойств конденсата (жидкости, которая образовалась после конденсации пара).

Для дальнейших расчетов нам необходимо найти плотность конденсата r₁ , динамический коэффициент вязкости (чаще эту величину называют просто вязкостью) m₁ и коэффициент теплопроводности l₁. Для чистых компонентов (бензола и толуола) найдем эти свойства в приложении 5, при температуре 100^оС.

Таблица теплофизических свойств бензола и толуола.

Компонент	Плотность, кг/м3 r	Вязкость, мПа×с m	Теплопроводность, Вт/м×К, l
Бензол	793	0,261	0,126
Толуол	788	0,271	0,119

Плотность смеси бензола и толуола r₁ заданного состава при температуре 100^оС определим по формуле:

кг/м³

где

и - массовые доли бензола и толуола в составе дистиллята.

Коэффициент динамической вязкости смеси m₁ рассчитаем по формуле:

m₁=10^{(х1, lgmб + х2, lgmт)}=10^{(0,55×lg0.261+0.45×lg0.271)}=0.269 мПа×с=0,000269Па×с,

где х₁ и х₂ – мольные доли бензола и толуола в конденсате.

Коэффициент теплопроводности смеси найдем по уравнению:

l₁=

0,55×0,126+0,45×0,119=0,123 Вт/(м×К)

Пункт 10

Нахождение по эмпирическим формулам коэффициента теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенкам труб трубного пучка для вертикального a_верт и горизонтального a_гориз расположения аппарата.

Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к пучку горизонтальных труб найдем по формуле:

a_{1 гориз}=2,02ε×l₁×

= =1109 ,

где ε – коэффициент, зависящий от числа вертикальных рядов труб горизонтального пучка, принимаем его равным 0,6; G₁ – массовый расход пара, кг/час.

Для пучка вертикальных труб коэффициент теплоотдачи вычислим по формуле:

a_1верт=3,78×l₁×

= =689 .

Пункт 11

Расчет скорости движения воды w₂ в трубах трубного пучка.

Скорость воды в трубах трубного пучка определим из уравнения:

G₂=V₂r₂=S_трубw₂r₂,

где G₂ – секундный массовый расход воды, требуемый для конденсации пара;

r₂=996 кг/м³ – плотность воды при её средней температуре; S_труб – площадь сечения трубного пространства выбранного к установке конденсатора

S_труб=

=0,077 м²,

где z – число ходов по трубному пространству, для выбранного аппарата z=2, d_вн – внутренний диаметр трубного пучка,

d_вн=d-2δ=25-2∙2=21мм=0,021м.

С учетом этого скорость воды в трубах пучка будет равна

w₂=

=0,45 м/с.

Пункт 12

Нахождение критерия Рейнольдса Re₂ для воды.

На эффективность теплоотдачи от стенки трубы к воде очень большое влияние оказывает турбулентность потока, которую можно оценить по значению критерия Рейнольдса. Его численное значение найдем по формуле:

Re₂=

=12868,

где r₂=994 кг/м³ – плотность воды, а m₂=0,00073 Па×с – вязкость при 30˚С.

Пункт 13

Расчет критерия Нуссельта для воды Nu₂ и определение коэффициента теплоотдачи a₂ от труб трубного пучка к воде.

Значение критерия Нуссельта для турбулентного движения внутри труб определим по уравнению:

где Pr₂ =4,88 – критерий Прандтля для воды при 30^оС. Тогда значение коэффициента теплоотдачи от стенки к воде будет иметь значение:

где

= коэффициент теплопроводности воды.

Пункт 14

Определение коэффициента теплопередачи К_о для вертикального и горизонтального аппаратов.

Расчет коэффициентов теплопередачи выполним по формуле.

где δ_ст=0,002 м – толщина стенки трубы; l_ст =46,5 Вт/м×К – коэффициент теплопроводности стали (для легированной стали l_ст =17,5 Вт/м×К). Мы принимаем к установке аппарат из обычной стали, т.к. легированная сталь во много раз дороже.

Для вертикального конденсатора коэффициент теплопередачи имеет значение:

.

Для горизонтального конденсатора:

.

Из сравнения полученных результатов уже видно, что горизонтальная установка конденсатора обеспечивает большее значение коэффициента теплопередачи. Но при этом надо иметь ввиду, что горизонтально установленный аппарат занимает значительно больше места по сравнению с вертикальным.