Читати далі: ВИЗНАЧЕННЯ Рушійні сили ПРОЦЕСУ
У хімічній промисловості широко поширені теплові процеси - нагрівання і охолоджування рідин і газів і конденсація парів, які проводяться в теплообмінних апаратах. Теплообмінні апарати або просто теплообмінники використовуються практично у всіх галузях промисловості. Їх основне завдання забезпечити температурний режим технологічних процесів.
В даний час все теплообмінні апарати, використовувані в хімічній промисловості, поділяються на певні групи за такими ознаками: за призначенням (нагрівачі, випаровувачі і кип'ятильники; холодильники, конденсатори і т. Д.), По режиму роботи, за особливостями конструкції і т. Д . Холодильники і конденсатори служать для охолодження потоку або конденсації парів із застосуванням спеціальних хладоагентов (вода, повітря, пропан, хлористий метил, фреони і т. д.).
Поверхневі теплообмінні апарати можна розділити на наступні типи за конструктивними ознаками:
а) кожухотрубчасті теплообмінники (жорсткого типу; з лінзовим компенсатором на корпусі; з плаваючою головкою; з U-подібними трубками);
б) теплообмінники типу "труба в трубі";
в) підігрівачі з паровим простором (рібойлери);
г) конденсатори повітряного охолодження.
Кожухотрубчасті теплообмінники в даний час найбільш широко поширені, за деякими даними вони складають до 80% від всієї теплообмінної апаратури. Основною частиною такого теплообмінника є пучок труб, закріплених в трубних ґратах. Трубки розташовуються в трубному пучку в шаховому порядку або по вершинах трикутників. Одна з теплообменівающіхся середовищ рухається по трубках, а інша - всередині корпусу між трубками.
Перевагою кожухотрубчасті теплообмінника є можливість отримання значної поверхні теплообміну при порівняно невеликих габаритах і добре освоєна; недоліком - вищий витрата матеріалу в порівнянні з деякими сучасними типами теплообмінних апаратів (спіральними, пластинчастими теплообмінниками і т. д.). Теплообмінники можуть бути вертикального горизонтального виконання. Обидва варіанти установки однаково широко поширені і вибираються в основному з міркувань монтажу: вертикальні займають меншу площу в цеху, горизонтальні можуть бути розміщені в порівняно невисокому приміщенні. Матеріал виготовлення теплообмінників - вуглецева або нержавіюча сталь.
За оцінками експертів на виготовлення трубчастих теплообмінників витрачається близько третини всього металу, споживаного машинобудуванням. Тому розробка методів інтенсифікації теплообміну сприяють зниженню маси теплообмінників, економії матеріалів, є актуальною проблемою, якою займаються фахівці багатьох країн. Одним з найбільш простих і ефективних шляхів інтенсифікації теплообміну є зміна форми та режиму руху теплоносія.
Колективна суміш (бензол-толуол) має токсичними, корозійними властивостями. Виберемо для виготовлення апарату марку сталі: звичайні М.Ст.2. М..Ст.3.
Мета: знаходження поверхні теплообміну. За розрахованої поверхні проводиться підбір нормалізованого варіанта теплообмінника по каталогам. Величину необхідної поверхні теплообміну визначаємо на основі рівняння теплопередачі [1]:
де Q - теплове навантаження апарату Вт,
K - коефіцієнт теплопередачі Вт / м²К,
F - поверхня теплообміну м²,
# 8710; tср. - середня рушійна сила процесу теплопередачі К,
Відповідно до приведеним рівнянням поверхню теплообміну можна визначити наступним чином:
1.1.1. ТЕПЛОВОЇ БАЛАНС
Мета: визначення теплового навантаження апарату і знаходження невідомого витрати теплоносія.
Для знаходження теплового навантаження апарату складемо рівняння теплового балансу процесу. Процес йде зі зміною агрегатного стану гарячого теплоносія, тому рівняння теплового балансу має вигляд:
де # 331; - величина теплових втрат що дорівнює 5%,
G - витрата гарячого теплоносія, кг / с,
r- питома теплота фазового переходу, Дж / кг,
G - витрата холодного теплоносія, кг / с,
I - ентальпія речовини потоку, Дж / кг,
Ентальпії речовин знайдемо з рівняння:
де Ср - теплоємність теплоносія
привизначальної температурі, Дж / кг град,
t - температура теплоносія, град.
Для знаходження температури, при якій ведеться конденсація скористаємося t x (y) діаграмою. В основі побудови лежать закони Дальтона, Рауля і Рауля - Дальтона. Це робоча діаграма залежності температури кипіння рідини від складу і температури конденсації пари в залежності від його складу. Склад бінарної суміші завжди визначається по низькокипляча компоненту.
TНК = 86 ° (бензол) [1]
tвк = 117 ° (толуол) [1]