Расчет нормализованного конденсатора (стр. 3 из 3)
Пункт 15
Принятие на основе опыта эксплуатации теплообменников термического сопротивления загрязнений со стороны пара r1 и со стороны воды r2.
В процессе эксплуатации теплообменника с обеих сторон стенки трубы будут появляться загрязнения, которые постепенно ухудшат работу аппарата. Особенно это касается оборотной воды, которая в заводских условиях насыщена кислородом, имеет повышенную концентрацию солей жесткости, содержит биокомпоненты.
На основе опыта эксплуатации теплообменного оборудования примем величину термического сопротивления со стороны органической жидкости
, а со стороны воды 
.Пункт 16
Нахождение расчетного коэффициента теплопередачи Кр с учетом загрязнений для вертикального и горизонтального аппаратов.
При наличии загрязнений коэффициент теплопередачи заметно снизится. Найдем его величину по формуле:
Для вертикального конденсатора получим значение:
При горизонтальной установке:
Таким образом, уменьшение эффективности передачи теплоты при появлении загрязнений составит для вертикального конденсатора 29%, а для горизонтального 37%. Отсюда можно сделать вывод, что по прошествии определенного времени преимущество горизонтального конденсатора практически исчезнет, и он по эффективности приблизится к вертикальному.
Пункт 17
Расчет требуемой поверхности теплопередачи Fфакт и определение запаса площади поверхности теплопередачи ∆(%) для вертикального и горизонтального конденсаторов.
Требуемую поверхность теплопередачи для вертикального и горизонтального конденсаторов определим по формуле:
.Если аппарат установить вертикально, то требуемая поверхность теплопередачи:
Так как мы выбрали к установке конденсатор с площадью теплопередачи 104 м2, а при вертикальной установке такого аппарата требуется площадь 111 м2, следовательно, установка аппарата вертикально недопустима (будет отсутствовать запас площади теплопередачи).
Если же выбранный аппарат установить горизонтально, то требуемая поверхность будет равна:
Запас площади теплопередачи в этом случае составит:
Такой запас укладывается в нормы технологического проектирования.
Вывод
Принятый к установке конденсатор может быть установлен только горизонтально. В этом случае запас поверхности теплопередачи составит 15%. Вертикальная установка нецелесообразна ввиду отсутствия запаса по поверхности теплопередачи.
Пункт 18
Расчет диаметров штуцеров входа пара, выхода конденсата, входа и выхода воды.
В выбранном к установке конденсаторе четыре штуцера.
Диаметры штуцеров зависят от объемного расхода потока V и скорости этого потока w. Диаметры штуцеров А,Б,В и Г найдем из уравнения расхода, которое для трубы имеет вид:
откуда
Допустимые скорости потока в трубе принимаются на основе практических рекомендаций. Для трубопроводов, по которым жидкость перекачивается насосом (напорные трубопроводы), допустимая скорость лежит в пределах 0,5 ÷ 2,5 м/с. В нашем аппарате это штуцера А и Б для входа и выхода воды. Принимаем скорость в них 1,5 м/с.
Для трубопроводов, по которым движется пар, рекомендуемая скорость 15 ÷ 40 м/с. В нашем конденсаторе это штуцер В. примем скорость пара в нем 20 м/с.
При движении жидкости самотеком (самотечные трубопроводы) рекомендуются скорости в диапазоне 0,1 ÷ 0,5 м/с. Это штуцер Г для вывода конденсата. примем скорость жидкости в нем 0,2 м/с.
ГОСТ устанавливает следующие диаметры штуцеров: 20;25;32;40;50;65;80;100;125;150;200;250;300;350;400 и 500 мм.
Для определения объемного расхода поступающего на конденсацию пара необходимо знать его плотность при заданном давлении 170000 МПа и температуре входа (температура начала конденсации, равной 111оС. Расчет плотности выполняется по формуле:
где Мсм – молярная масса смеси, Р- рабочее давление, Ро – нормальное давление, Т- рабочая температура, То – нормальная температура.
Мольную массу смеси определим по правилу аддитивности:
где Мбенз и Мтол – мольные массы бензола и толуола, у1 и у2 – мольные доли бензола и толуола в составе поступающего на конденсацию пара.
С учетом этого плотность заходящего в аппарат пара будет равна:
Тогда объемный расход пара составит:
Объемный расход конденсата определим по формуле:
,где
плотность конденсата при его средней температуре.Теперь можно приступить к расчету штуцеров.
Штуцера А и Б для ввода и вывода воды (при ее объемном расходе 0,034 м3/с):
По ГОСТу принимаем штуцер с условным диаметром 200 мм.
Штуцер В для ввода конденсирующегося пара:
По ГОСТу принимаем штуцер с условным диаметром 200 мм. Скорость пара при этом незначительно увеличится, оставаясь в рекомендованном диапазоне 15 ÷ 40 м/с.
Штуцер Г для вывода конденсата:
По ГОСТу принимаем штуцер с условным диаметром 250 мм.
Список используемой литературы:
1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учебное пособие для вузов. – 12-е изд., стереотипное. Перепеч. с изд. 1987 г. – М.: ООО ТИД «Альянс», 2005. – 575 с.
2. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию./Под ред. Ю.И. Дытнерского. 2-е изд,.перераб. и доп. М.: Химия, 1991. 496с.
3. Измайлов В.Д., Филиппов В.В. Справочное пособие для расчетов по процессам и аппаратам химической технологии. Самара, СамГТУ, 2006, 44с.
4. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов. 13-е изд., стереотипное. Перепечатка с девятого издания 1973 г. – М.: ООО ИД «Альянс», 2006. – 753 с.