3. Гидравлический расчет.

Ц елью гидравлического расчета является определение величины потери давления теплоносителей при их движении через теплообменные аппараты. Потеря давления р при прохождении теплоносителей через трубы и в межтрубном пространстве теплообменника складывается из потерь на сопротивление трению и на местные сопротивления, а также зависит от конструкции аппарата:

Гидравлическое сопротивление аппарата для бутанола:

.

Длина спирали:

l = F/(2h) = 20,0/(20,6) =16,7м

Расчет штуцеров.

Принимаем скорость жидкости в штуцере w_шт = 1 м/с.

Штуцер для входа и выхода бутанола:

= [5/(0,7851771)]^0,5 = 0,091 м,

принимаем d₁ = 0,1 м.

Штуцер для входа и выхода воды:

= [4,659/(0,7851997)]^0,5 = 0,077 м,

принимаем d₂ = 0,08 м.

Скорость метилового спирта в штуцере:

w_1шт = G₁/(0,785d_шт²₁) = 5/(0,7850,065²842) = 0,79 м/с.

Коэффициент трения:

₁ = 856/Re^0,25 = 0,856/37315^0,25 = 0,061.

 Р₁ = 0,06116,70,9²771/(20,0235) + 1,50,83²771 = 14495,8 Па.

Требуемый напор насоса:

H₁ = P₁ / (₁g) + h

где h – геометрическая высота подъема жидкости и потери напора в подводящем трубопроводе. Принимаем h = 3 м.

H₁ = 14495,8/(7719,8) + 3 = 4,9 м.

Объемный секундный расход раствора:

Q₁ = G₁ / ₁ = 5/771 = 0,0065 м³/с.

По этим двум величинам выбираем центробежный насос Х8/30, для которого производительность Q = 0,0024 м³/с, напор Н = 17 м

Гидравлическое сопротивление для воды.

Скорость раствора в штуцере:

w_2шт = 4,659/(0,7850,08²997) = 0,93 м/с.

Коэффициент трения

₂ = 0,856/Re^0,25 = 0,856/16658^0,25 = 0,075

P₂ = 0,07516,70,65²997/(20,0235) + 1,50,93²997= 12518,8 Па

Требуемый напор насоса:

Н₂ = 12518,8/(9979,8) + 3= 4,28 м.

Объемный секундный расход воды:

Q₂ = G₂ / ₂ = 4,659/997 = 0,00467 м³/с.

По этим двум величинам выбираем центробежный насос Х8/30, для которого производительность Q = 0,0024 м³/с, напор Н = 17 м

4. Поверочный расчет теплообменника.

Поверочный расчет теплообменника с известной поверхностью теплопередачи заключается в определении конечных температур теплоносителей при их начальных значениях. Необходимость в таком расчете возникает в результате проектного расчета, когда был выбран нормализованный аппарат со значительным запасом поверхности. Поверочные расчеты также могут понадобиться с целью выявления возможностей имеющегося аппарата при переходе к непроектным режимам работы.

В принятом варианте оптимально подобранный теплообменник имеет нормализованное значение поверхности F=20,0 м². Определим конечные температуры теплоносителей при неизменном коэффициенте теплопередачи

К=567 Вт/(м² К).

Определим число единиц переноса:

N₂=KF/G₂c₂=567∙20,0/4,659∙4,19∙10³=0,57

R=G₂c₂/G₁c₁=(t_1н-t_1к)/(t_2к-t_2н)=4,659∙4,19∙10³/5∙1785 = ( 60-25) /

/(32-16)=2,187

Эффективность теплопередачи:

E₂=(1-exp[-N₂(R+1)])/(R+1) =(1-exp[-0,57(2,187+1)])/(2,187+1)=0,353

E₁= E₂∙R=0,353 ∙2,187=0,77

Конечная температура холодного и горячего теплоносителей:

t_2к=t_2н+E₂∙( t_1н-t_2н)=16+0,353∙(60-16)=31,54⁰

t_1к=t_1н-E₁∙( t_1н-t_2н)=60-0,77∙(60-16)=26,1⁰

Обе температуры отличаются от проектных приблизительно на 1-1,5⁰С.

5. Конструктивный расчет

Задачей конструктивного расчета теплообменных аппаратов является определение их основных размеров. Конструктивный расчет выполняется в зависимости от типа аппарата. Детальный расчет проводится в том случае, если нет возможности выбрать стандартный теплообменник серийного производства. При выборе стандартного теплообменника конструктивный расчет сводится к определению диаметра и подбора штуцеров.

Расчет диаметров штуцеров

Скорость движения рабочих сред в штуцерах по возможности должна совпадать с рабочей скоростью среды в аппарате, устанавливаемой в расчете. Поэтому скорость водяного пара в штуцерах, а также соляной кислоты принимаем приблизительно равными движению этих сред в теплообменнике.