Основы проектирования химических установок - Альперт Л.3.
ISBN 5-06-000508-9
Скачать (прямая ссылка):
вании воронки, ф = 0,75-^-0,8; в остальных аппаратах, где не имеют места кипение, вспенивание и иное повышение уровня реагирующих веществ, ф = 0,85-^0,90.
После определения общего реакционного объема следует задаться объемом одного аппарата va и рассчитать потребное число таких аппаратов:
n = ve/vu. (5.12>
Можно также задаться числом аппаратов п и определить объем одного аппарата:
va = vjn. (5.13>
По объему аппарата определяют его основные конструктивные размеры — диаметр и высоту. Полученные размеры должны быть приведены в соответствие с действующими стандартами (см. гл. 6)-
Задаваясь числом аппаратов, следует учитывать размеры аппаратов данного типа, выпускаемых машиностроительными заводами, располагаемые производственные площади, возможность технологического маневрирования при принятом числе аппаратов,, а также наличие на проектируемом производстве параллельных потоков.
§ 5.2. ПОРЯДОК ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА
Цель теплового расчета — определение требуемой поверхности теплообмена проектируемого аппарата (машины). Расчет поверхности теплообмена основан на совместном решении уравнений теплового баланса и теплопередачи.
Уравнение теплового баланса
Q-G1AJ1 = G2 ДУ2 J- Qn, (5.14)
где Q — тепловой поток, Вт; Ci и G2 — массы теплоносителей, обменивающихся теплотой, кг/с; А/і и AZ2 — изменения теплосодержаний теплоносителей в процессе теплообмена, Дж/кг; Qn — потери теплового потока в окружающую среду, Вт.
В теплообменных аппаратах, покрытых изоляцией, тепловые потери не превышают 3—5% полезно используемой теплоты. Поэтому в расчетах ими можно пренебречь.
Определение А/ зависит от конкретных условий протекания процесса. Если теплообмен протекает без изменения агрегатного состояния, то
ДУ-Ср H1-J1), (5.15)
где Cp—средняя теплоемкость, Дж/(кг-К); ti и U— температуры теплоносителя на входе и выходе из аппарата.
Если в результате конденсации или кипения агрегатное состояние теплоносителя меняется, то изменение теплосодержания
ДУ = Cn (ta-Q + г + Сж (tH-tiK). (5.16)
Здесь Cn и Сж — средние удельные теплоемкости пара и жидкости, Дж/(кг-К); и іж—температуры поступающих или уходящих пара и жидкости, К; /н — температура насыщения пара, К, г — удельная теплота парообразования, Дж/кг.
При конденсации насыщенного пара (греющего агента) можно считать, что пар приходит с температурой насыщения, а конденсат уходит с температурой конденсации, т. е. t„ = tH и ґж = tn. Тогда M = г.
Если в процессе теплообмена протекают химические реакции, сопровождаемые тепловым эффектом, то в тепловом балансе необходимо учесть теплоту, выделяющуюся при физическом и химическом превращении.
Поверхность теплообмена (м2) определяется из основного уравнения теплопередачи:
F=Q/(kAtcv), (5.17)
где Q — тепловой поток, Вт; k — коэффициент теплопередачи, Вт/(м2-К): Ai'cp — средняя разность температур, или температурный напор, К.
Коэффициент теплопередачи для плоской многослойной стенки
k= -!-, (5.18)
1/GC1+2 (ЙД)+ 1/CC2
где at и а2 — коэффициенты теплоотдачи от теплоносителя к стенке и от стенки к другому теплоносителю, Вт/(м2-К); 2(б/Л)—сумма термических сопротивлений стенки, м2-К/Вт.
Практически большинство стенок химических аппаратов можно рассматривать как многослойные, так как в процессе работы они постепенно загрязняются: покрываются накипью, маслом, ржавчиной и т. п. В большинстве случаев слой накипи очень тонкий и теплопроводность его лежит в пределах 0,2—2,5 Вт/(м-К), т. е. во много раз меньше теплопроводности металлов. Воздействие накипи на значение коэффициента теплопередачи значительно, поэтому снижение коэффициента теплопередачи к, вызванное загрязнением стенки, рекомендуется учитывать.
При расчете эмалированных теплообменных аппаратов необходимо знать значения коэффициента теплопроводности эмалевого покрытия. Ниже приводятся коэффициенты теплопроводности некоторых стеклоэмалевых покрытий, разработанных НИИэмальхим-машем [27]:
Покрытие...... 631 10-1 К-17 261 УЭС-300 УЭС-200
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м-К) . . 0,96 0,85 0,96 0,75 1,04 0,73
Наиболее трудным и ответственным при тепловом расчете аппарата является определение коэффициентов теплоотдачи. Методы определения их аналитически изложены в [7]. Значения коэффициентов теплоотдачи при свободном движении газов и жидкостей в большом объеме (Cr- Pr < 20-106 и Cr-Pr > 20-106) и при конденсации насыщенного пара могут быть также найдены по номограммам [29].
При расчете коэффициентов теплопередачи трубчатых теплообменников из стальных, медных, латунных, алюминиевых и других труб можно пользоваться формулой (5.18), дающей вполне достаточную точность (погрешность не превышает 4%).
Для самопроверки в процессе расчета важно знать порядок значений коэффициентов теплопередачи для разных видов теплообмена. Ориентировочные значения коэффициентов теплопередачи [Вт/(м2-К)] приведены в табл. 5.1 [7].
Температурный напор Д tCp зависит от вида движения теплоносителей и от их агрегатного состояния в процессе теплообмена. При изменении агрегатного состояния обоих теплоносителей тем-
