Температурный режим аппарата

Введение

Теплообменные аппараты (теплообменники) применяются для осуществ­ления теплообмена между двумя теплоносителями с целью нагрева или ох­лаждения одного из них. В зависимости от этого теплообменные аппараты называют подогревателями или холодильниками.

По способу передачи тепла различают следующие типы теплообменных аппаратов:

- поверхностные, в которых оба теплоносителя разделены стенкой, при­чем тепло передается через поверхность стенки;

- регенеративные, в которых процесс передачи тепла от горячего тепло­носителя к холодному разделяется по времени на два периода и происходит при попеременном нагревании и охлаждении насадки теплообменника;

- смесительные, в которых теплообмен происходит при непосредствен­ном соприкосновении теплоносителей.

В химической промышленности наибольшее распространение получили поверхностные теплообменники, отличающиеся разнообразием конструк­ций, основную группу которых представляют трубчатые теплообменники, такие как: кожухотрубные, оросительные, погруженные и "труба в трубе".

Одним из самым распространенным типом теплообменников являются кожухотрубные теплообменники. Они представляют из себя пучек труб, концы которых закреплены в специальных трубных решетках путем разваль­цовки, сварки, пайки, а иногда на сальниках. Пучек труб расположен внутри общего кожуха, причем один из теплоносителей движется по трубам, а другой - в пространстве между кожухом и трубами.

Кожухотрубные теплообменники могут быть с неподвижной трубной ре­шеткой или с температурным компенсатором на кожухе, вертикальные или горизонтальные. В соответствии с ГОСТ 15121-79, теплообменники могут быть двух- четырех- и шестиходовыми по трубному пространству.

Достоинствами кожухотрубных теплообменников являются: компакт­ность; небольшой расход метала; легкость очистки труб изнутри, а недос­татками - трудность пропускания теплоносителей с большими скоростями; трудность очистки межтрубного пространства и трудность изготовления из материалов, не допускающих развальцовки и сварки.

Кожухотрубные теплообменники могут использоваться как для нагрев, так и для охлаждения.

В качестве греющего агента в теплообменниках часто используется насыщенный водяной пар имеющий целый ряд достоинств:

- высокий коэффициент теплоотдачи;

- большое количество тепла, выделяемое при конденсации пара;

- равномер­ность обогрева, так как. конденсация пара происходит при постоянной тем­пературе;

- легкое регулирование обогрева.

Технологическая схема

Исходный этиловый спирт с помощью центробежного насоса ЦН подается в межтрубное пространство кожухотрубного теплообменника ТО. В трубное пространство теплообменника поступает греющий пар, конденсирующийся на поверхности трубок, образовавшийся конденсат сбрасывается в линию оборотного водоснабжения. Нагретый за счет теплоты конденсации пара этиловый спирт из теплообменника самотеком поступает в приемную емкость ПЕ.

Рис.1 Технологическая схема

Выбор конструкционного материала

Так как этиловый спирт является инертным веществом, то в качестве конструкционного материала для основных деталей выбираем сталь 12Х18 ГОСТ 5632 – 72, которая используются для изготовления деталей химической аппаратуры работающей в нейтральных средах при температурах до 600 ºС [4.c59].

Тепловой и материальный расчет

Температурный режим аппарата.

Температура конденсации насыщенного водяного пара при давлении Р=0,1 МПа t_к = 104,2 °С [1c.550].

t2к

t2н

tк

Рис. 2 Схема изменения температур в теплообменнике.

Dt_б = t_к – t_2н = 104,2 – 10 = 94,2 °С.

Dt_м = t_к – t_2к= 104,2 –80 = 24.2 °С.

так как Dt_б/Dt_м = 94,2/24,2 = 3,9 > 2 то средняя разность температур:

Δt_ср = (Δt_б – Δt_м)/ln(Δt_б/Δt_м) = (94,2 – 24,2)/ln(94,2/24,2) = 51,50 ºС

Средняя температура этилового спирта:

t_2ср = t_2к – Dt_cр = 104,2 – 51,50 = 52,7 °С.

3.2. Тепловая нагрузка аппарата:

Q = 1,05G₂c₂(t_2н – t_2к),

где с₂ = 2,97 кДж/(кг×K) – теплоемкость этилового спирта [1c. 564],

G₂ = 5000/3600 = 1,38 кг/с – массовый расход этилового спирта,

1,05 – коэффициент, учитывающий потери в окружающую среду.

Q = 1,05×1,38×2,97×(80–10) = 301,24 кВт.

Расход греющего пара:

G₁ = Q/r = 301,24/2249 = 0,133 кг/с,

где r = 2249 кДж/кг – теплота конденсации пара при давлении 0,1 МПа.