Расчет распылительной колонны для извлечения фенола из воды

3.4 Коэффициент теплоотдачи со стороны керосинового дистиллята

 

Коэффициент теплоотдачи со стороны керосинового дистиллята будет одинаков для оребренных и гладких труб.

Средняя температура керосинового дистиллята в АВО:

 

.

 

Коэффициент теплопроводности:

 

Вт/(м·К),

 

 

 

Теплоемкость:

кДж/(кг·К),

 

кДж/(кг·К).

 

Относительная плотность:

,

 

 

Кинематическую вязкость принимаем по практическим данным:

м2/с.

Минимальная скорость движения керосинового дистиллята, при которой обеспечивается устойчивый турбулентный поток (Re=104):

 

 м/с.

 

Для проектируемого холодильника выбираем м/с > . Тогда

 

.

 

Re > 104, коэффициент теплоотдачи со стороны керосинового дистиллята:

 

 Вт/(м2·К),

 

Где - критерий Прандтля при температуре Тср1=356 К,

- критерий Прандтля при температуре  стенки трубы со стороны керосинового  дистиллята Тω1,

- поправочный коэффициент, учитывающий отношение длины трубы к ее диаметру. Для нашей трубы =1.

Находим критерий Прандтля при температуре Тср1=356 К:

 

Предварительно принимаем температуру стенки трубы со стороны керосинового дистиллята Тω1=354 К. определяем критерий Прандтля при этой температуре:

 

.

 

Коэффициент теплоотдачи со стороны керосинового дистиллята:

 

 Вт/(м2·К).

 

3.5 Расчет коэффициента теплоотдачи со стороны воздуха в случае применения гладких труб.

 

Скорость воздушного потока в сжатом сечение:

 

 м/с,

 

где VД – действительный секундный расход воздуха из паспорта на вентилятор, м3/с,

Fс – площадь сжатого сечения в пучке труб, через которое проходит воздух, (подробно рассчитывается в [2.стр 111]), м2.

 

Средняя температура воздуха:

 

Кинематическую вязкость воздуха принимаем по таблице 2.1 [2.стр 107]:

 

м2/с.

 

Величина критерия Рейнолдса:

 

.

 

Коэффициент теплоотдачи:

 

 Вт/(м2·К),

где =1 - поправочный коэффициент, учитывающий угол атаки;

λ =0,0273 Вт/(м·К) – коэффициент теплопроводности воздуха при его средней температуре [2].

 

 Вт/(м2·К).

 

3.6 Расчет коэффициента теплопередачи для пучка гладких труб

 

Для биметаллических труб и загрязненной поверхности теплообмена:

, Вт/(м2·К),

где - тепловое сопротивление внутреннего слоя загрязнения, 0,00035 (м2·К)/Вт [2],

- тепловое сопротивление латунной  стенки, 0,000022 (м2·К)/Вт [2],

- тепловое сопротивление алюминиевой  трубы, 0,000073 (м2·К)/Вт [2],

- тепловое сопротивление наружного  слоя загрязнения, 0,00060 (м2·К)/Вт [2],

 

 Вт/(м2·К).

 

3.7 Расчет среднего температурного напора

 

Средний температурный напор определяется по методу Белоконя [2. Стр 112]:

 

 

- соответственно большая и меньшая  разность температур, определяемая по формулам:

 

,  ,

Где - разность среднеарифметических температур горячего и холодного теплоносителей

 

,

 

А ΔТ – характеристическая разность температур:

Рассчитаем ΔТ по формуле:

,

 

где ΔТ1 – перепад температур в горячем потоке;

ΔТ2 – перепад температур в холодном потоке;

Р – индекс противоточности.

Имеем:

ΔТ1=396-319=77 К

 

ΔТ2 =333-299=34 К

 

К

 

К

 

К,

 

К,

 

К.

Температура стенки трубы со стороны керосинового дистиллята:

 

К,

Найденная температура близка к ранее принятой.

 

3.8 Расчет коэффициента теплоотдачи при поперечном обтекании воздухом пучка оребренных труб

 

Коэффициент теплоотдачи при спиральном оребрении труб:

 

,

 

где - коэффициент теплопроводности воздуха при его средней температуре, Вт/(м·К) [2. Стр 113];

- скорость воздушного потока в сжатом сечении одного ряда труб оребренного пучка, м/с [2. Стр 114];

- динамическая вязкость воздуха  при средней температуре, Па·с [2. Стр 114];

Pr – критерий  Прандтля при средней температуре [2. Стр 113];

- средняя толщина ребра, м [2. Стр 114].

Подставив значения всех величин:

 

 Вт/(м2·К).

 

3.9 Расчет приведенного коэффициента теплоотдачи со стороны воздуха в случае пучка оребренных труб

 

Приведенный коэффициент теплоотдачи для круглых ребер:

 

,

где Fр – поверхность ребер, приходящаяся на 1 м длины трубы, м2/м [2. Ст 115];

Fn – полная наружная поверхность 1 м трубы, м2/м [2. Стр 115];

Е – коэффициент эффективности ребра, учитывающий понижение температуры по мере удаления от основания, находится по рис. 2.6 [2. Стр 115];

- коэффициент, учитывающий трапецивидную  форму сечения ребра, определяется по рис. 2.7 [2. Стр 115];

- экспериментальный коэффициент, учитывающий неравномерность теплоотдачи по поверхности ребра;

- тепловое сопротивление загрязнения  наружной поверхности трубы, 0,0006 м2·К/Вт.

 

 Вт/(м2·К).

 

3.10 Расчет коэффициента теплопередачи для пучка оребренных труб

 

Ведем расчет на единицу гладкой поверхности трубы по [2]:

 

, Вт/(м2·К),

 

где Fст - поверхность гладкой трубы по наружному диаметру, приходящаяся на на 1 м ее длины. Все остальные величины и обозначения см. выше.

 

 Вт/(м2·К).

Можно сделать вывод о том, что при прочих равных условиях оребрение гладкой поверхности трубы со стороны воздуха приводит к значительному увеличению коэффициента теплопередачи ( раза).

 

3.11 Расчет поверхности теплообмена холодильника

 

.

 

Количество труб

 

.

 

В случае отсутствия оребрения:

 

.

 

Количество труб

.

Определим число труб для одного хода керосина при принятой ранее скорости движения керосина :

 

 

 

3.12 Расчет аэродинамического сопротивления пучка труб

 

Аэродинамическое сопротивление пучка труб определяется по формуле:

 

 

где ρв – плотность воздуха при его начальной температуре, кг/м3;

Wуз – скорость воздуха в узком сечении трубного пучка, 10,6 м/с;

nв – число горизонтальных рядов труб в пучке (по вертикали);

dн = 0,028 м – наружный диаметр трубы;

Sр = 0,0035 м – шаг ребер.

 

Рисунок 2.4 – Оребренная биметаллическая труба [2. стр 108]

 

Критерий Рейнольдса, отнесенный к диаметру труб dн, определяется по формуле:

 

где νср2 – кинематическая вязкость воздуха при средней температуре воздуха, м2/с.

 

;

Подставляя указанные велечины в формулу получим:

Па.

 

3.13 Расчет мощности электродвигателя к вентилятору

 

Мощность, потребляемая вентилятором, находится по формуле:

 

,

 

где η – к.п.д. вентилятора, принимается в пределах η = 0,62 – 0,65.

 

 кВт.

 

При подборе электродвигателя расчетную мощность следует увеличить на 10 % для обеспечения пуска двигателя. Поэтому действительная мощность двигателя:

 

Nэ.д.=1,1·N;

Nэ.д.=1,1·37,3= 41 кВт.

Установачная мощность двигателя составляет 97 кВт. Коэффициент использования установочной мощности:

Как правило, .

 

   4.Заключение

Таким образом, в результате проведенного расчёта теплообменного аппарата типа «Аппарат воздушного охлаждения», были рассчитаны и проверены размеры теплообменного аппарата, удовлетворяющие необходимым условиям теплообмена. Проектировка данного аппарата производилась по исходным данным, а именно: температурам холодного и горячего теплоносителей на входе и выходе в теплообменный аппарат, типа теплообменного аппарата, а также расходу охлаждаемого керосинового дистиллята.

По результатам расчета выбираем аппарат воздушного охлаждения

 

:

 

аппарат воздушного охлаждения с горизонтальным расположением секций, коэффициент оребрения – 9, аппарат имеет жалюзи, условное давление 0,6 МПа, материальное исполнение Б4 – биметаллические трубы, климатическое исполнение – для умеренного климата с температурным диапазоном от – 20 до +45, количество рядов труб – 3, число ходов по трубам – 2, длина трубы – 4 м.

[1. Стр 11]

Данный аппарат отличаются относительной простотой конструкции, следовательно, достаточно прост при монтаже и эксплуатации. Установка не приводит к загрязнению окружающей среды и занимает небольшую площадь, по сравнению с общей площадью занимаемой обычным теплообменником и сооружениями водного хозяйства.

У аппаратов типа АВГ наименьшее аэродинамическое сопротивление теплообменных секций, следовательно требуется меньшая мощность вентилятора. В зимнее время при уменьшении угла поворота лопастей потребление электроэнергии значительно снижается, также при низких температурах возможно отключение одного вентилятора, что также уменьшает затраты на

 

электроэнергию. Геометрия труб и их длина были выбраны согласно принятым стандартам и обеспечивают необходимую площадь теплообмена.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Список используемой  литературы.

1. Крюков Н.П. Аппараты воздушного охлаждения. — М.: Химия, 1983 — 168 с., ил.

2. Кузнецов А.А. Расчёты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности/А.А. Кузнецов, С.М. Кагерманов, Е.Н. Судаков.-2-е, изд.,пер. и доп. Л., “Химия”,1974.- 344с.

3. Латыпов Р.Ш., Шарафиев Р.Ф. Техническая термодинамика и энерготехнология химических производств. – М.: Энергоатомиздат. – 1995. – 344 с.

4. http://www.neftehim-balt.ru/index.php?type=page&page_id=13

5. http://www.novopolotsk.by/content/view/3379/54/

6. http://rudocs.exdat.com/docs/index-33204.html?page=15

1. Организация, эксплуатирующая холодильные системы, должна обеспечить:

содержание систем в исправном состоянии и безопасные условия их работы;

учет аппаратов, входящих в системы, периодическое обследование условий их эксплуатации и плановые технические освидетельствования их;

периодическую проверку наличия и исправности действия предохранительной арматуры, приборов автоматической защиты, местного и дистанционного контроля рабочих параметров, а также запорной и регулирующей арматуры;

аттестацию инженерно-технических работников по промышленной безопасности;

выполнение инженерно-техническими работниками Правил и ознакомление персонала с инструкциями по безопасности

2. Персонал, допущенный к обслуживанию конкретной холодильной системы должен знать:

- устройство и принцип действия оборудования холодильной системы;

- схемы и натурное размещение трубопроводов хладагента;

- характеристики и свойства используемых хладагентов;

- инструкцию по обслуживанию холодильной системы;

- порядок заполнения и опорожения системы хладагентом;

- порядок и приемы действия в аварийных ситуациях;

- приемы и способы оказания доврачебной (первой) помощи пострадавшим при отравлениях хладагентов или пораженных им частей тела и глаз.

3. В организациях, эксплуатирующих холодильные системы, обслуживающий персонал должен быть обучен правильным действиям по предупреждению и ликвидации аварийных ситуаций.

Средства индивидуальной защиты и оказания доврачебной (первой) помощи пострадавшим должны располагаться в доступных и обозначенных местах машинных отделений, а их сохранность и исправность должны регулярно проверяться ответственным лицом.