Розчин гідроксиду натрію з ємності 2 насосом 5 подається через штуцер в трубки теплообмінника. Пройшовши розраховане число ходів по трубках, нагрітий розчин виводиться і надходить у подальшу переробку. Водяна пара надходить у міжтрубний простір теплообмінника 1 і конденсуються на зовнішній поверхні труб, передаючи теплоту конденсації нагрівається розчину. Конденсат стікає під дією сили тяжіння по трубках і виводиться через нижній штуцер через конденсатовідвідник 4 в ємність для конденсату, звідки насосом подається в котельню
4. Вибір конструкційного матеріалу апарату
Оскільки гідроксид натрію концентрацією 10% при температурі до 80 оС викликає корозію вуглецевих сталей [7], для виготовлення частин теплообмінника, що стикаються з розчином: трубок, трубних решіток, кришок та інше, застосовуємо нержавіючу сталь марки Х18Н10Т. Корпус апарату і деталі, що не стикаються з розчином, виготовляються з вуглецевої сталі ВСТ 3 сп.
В якості матеріалу прокладок застосовуємо пароніт, стійкий до дії лугу робочої концентрації.
5. Розрахунок поверхні теплообміну і підбір теплообмінника
. 1 Визначення середньої різниці температур
За таблицями [cтр 549-550] знаходимо параметри гріючої насиченої водяної пари, що відповідає тиску 0,3 МПа: температура - tп=139.2 оС Температурна схема теплоносіїв:
. 2 оС? пар -конденсат? 139.2 оС
оС? розчин? 80 оС
? tб=104.2 оС? tм=59.2 оС
Так як температура конденсації пари постійна, розрахунок середньої різниці температур проводимо за формулою для протитоку без поправок на змішаний струм, характерний для багатоходових теплообмінників:
де? tб і? tм - більше і менше значення різниці температур гарячого і холодного теплоносія на сторонах теплообмінника ..
? tб=-=139.2 - 35=104.2 оС; ? tм=-=139.2 - 80=59.2 оС.
Середня температура розчину=-? tср=139.2-79.6=59.6 оС.
З довідкових таблиць знаходимо фізико-хімічні властивості конденсату водяної пари при температурі конденсації і 10% -ного розчину гідроксиду натрію при середній температурі.
Для розчину при температурі 35 оС: теплопровідність?=0,6 Вт/(м? К) [стр 561], щільність? =1090 кг/м3 [стор 512]; динамічна в'язкість? =0,00 0915 Па? С [стор 517], питома теплоємність обчислюється за формулою: Ср=Ств? Х + Звід? (1-х) Дж/кг? К, де Ств=0,92 кДж/кг [2]- теплоємність безводного гідроксиду натрію; Звід=4,19 кДж/кг? К - теплоємність води [стор 562]; х - масова частка NaOH в розчині.
Ср=0,92? 0,1 + 4,19? (1 - 0,1)=9,54 Дж/кг? К.
Для конденсату водяної пари при 139.2оС: теплопровідність?=0,679 Вт/(м? К), щільність? =923 кг/м3 [стор 512]; динамічна в'язкість? =0,000174 Па? С, питома теплота конденсації r=2110000 Дж/кг [стор 549].
5.2 Орієнтовне значення поверхні теплообміну і попередній вибір теплообмінника
Рівняння теплового балансу теплообмінника
Gр? Ср? (-)=0,98? r? Gп.,
де r - теплота конденсації водяної пари при робочому тиску, Gр - кількість нагреваемого розчину, Gр=25000/3600=6,94 кг/с; 0,98 - коефіцієнт, що враховує втрати теплоти в навколишнє середовище через теплову ізоляцію теплообмінника. (2%)
Тепловий потік через поверхню нагріву дорівнює кількості теплоти, що приймається розчином гідроксиду натрію
=Gр? Ср? (-)=6,94? 9,54? 1000? (60 - 35)=1655190 Вт
Вирішуючи рівняння теплового балансу знаходимо витрата гріючої пари.
р? Ср? (-)=Q=0,98? r? Gп.,
При нагріванні водяною парою розчину гідроксиду натрію приймемо орієнтовне значення коефіцієнта теплопередачі Кор=900 Вт/(м2К) [2]. Тоді наближено поверхню теплообміну буде дорівнює
Переймаючись числом Рейнольдса Re=12000 знайдемо відношення числа труб до числа ходів n/z, прийнявши теплообмінник з трубками внутрішнім діаметром 16 мм.
Варіант А. Такому числу труб n=31 шт. і площі поверхні апарату F=15,1 м2 по [1, табл. 1.8] ГОСТ 15118-79 і ГОСТ 15122-79 якнайповніше відповідає кожухотрубчасті двоходовий теплообмінник діаметром 325 мм, з числом труб 28 в одному ході, довжиною теплообмінних труб 4000 мм і площею поверхні F=17,5 м2.
Перевіряємо критерій Рейнольдса
Re=
Маємо розвинений турбулентний режим.
5.3 Уточнення поверхні теплообміну і остаточний вибір теплообмінника
Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі від стінки труби до кислоти, користуючись критеріальним рівнянням для ...
