Расчет и подбор аппарата воздушного охлаждения

Технологический расчет АВО включает в себя тепловой и гидрав­лический расчеты, в результате которых определяют необходимую по­верхность теплообмена, основные размеры аппарата, расход воздуха, по­тери напора при движении продукта в трубах и воздуха, проходящего через пучок оребренных труб.

Рассчитаем АВО для конденсации и охлаждения паров, отводимых с верха ректификаци­онной колонны.

Задание. Охлаждаемый продукт - смесь пентана и гексана с со­держанием НКК 96% масс. Производительность аппарата 12000 кг/час. Давление на входе в аппарат 2,2 атм. Начальная температура продукта Т₁ рассчитывается, конечная температура Т₂ принята рав­ной 45°С. Температура воздуха на входе в аппарат Т₁=27°С. (конечная температура охлаждаемого продукта должна быть на 15-20°С выше температуры воздуха на вхо­де в аппарат).

 

4.2.1.1. Определение температуры продукта на входе в аппарат Т₁

Температура продукта на входе в аппарат определяется как темпе­ратура начала однократной конденсации с использованием уравнения изотермы паровой фазы

где - мольная доля i-го компонента; - константа фазового равнове­сия i-го компонента. , где Р_i – давление i-го компонента при Т

Массовые концентрации: х_{пентана}=0,96%масс., х_{гексана}=0,04

Перевод массовых концентраций в мольные концентрации.

 

Тогда,

	50	60	70	80	90	100	110
	0,71	0,96	1,27	1,65	2,1	2,65	3,29
	0,24	0,34	0,47	0,64	0,85	1,1	1,4
	1,4912	1,09865	0,8276	0,63475	0,4972	0,39331	0,31626

 

 

Рис.4.4.Определение температуры конденсации

 

 

4.2.1.2 Тепловая нагрузка и предварительный подбор АВО

Поскольку трубное пространство аппарата по принципу действия близко к аппаратам идеального вытеснения, его можно разделить на две зоны: конденсации и охлаждения конденсата. Примем по всей длине зо­ны конденсации температуру постоянной и равной 64°С при давлении 2,2 атм.

Теплофизические свойства конденсата при этих условиях следую­щие: плотность  = 581,97кг/м³; вязкость =1,78·10^-4 Па·с; удельная теп­лоемкость = 2348,784 Дж/кг·К; теплопроводность = 0,106 Вт/м·К; удельная теплота конденсации = 336,997кДж/кг. Теплофизические свойства конденсата в зоне охлаждения при средней его температуре бу­дут следующими: плотность =592,78 кг/м³; вязкость =1,87·10^-4 Па·с; удельная  теплоемкость      = 2287,1 Дж/кг·К; теплопроводность = 0,109 Вт/м·К удельная теплота конденсации =344,55кДж/кг.(для определения величин см.справочники, например [22]).

Теплофизические свойства конденсата определены как свойства смеси компонентов. Теплоемкость, теплопроводность, теплота конден­сации определяется по правилу аддитивности:

 

 

 

плотность определяется по уравнению

 

вязкость определяется по уравнению:

где  - массовая доля компонента в смеси.

 

Тепловая нагрузка аппарата складывается из тепла конденсации продукта и тепла его охлаждения до конечной температуры и будет рав­на:

 

 

Задаваясь теплонапряженностью  Вт/м², отнесенную к оребренной поверхности, определим необходимую теплопередающую поверх­ность по формуле

Для АВО всех типов  = 1000-2100 Вт/м². Большая теплонапряженность соответствует большей разности температур воздуха на входе и выходе в аппарат. Примем для расчета = 1200 Вт/м², тогда:

Принимаем аппарат типа АВГ с полной наружной поверхностью 1320 м², который состоит из трех четырехрядных трубных секций с трубами длиной  = 4 м; коэффициентом оребре­ния  = 9; общее число труб в секции 141, число возможных ходов продукта в трубной секции 1,2,3,6; труба монометаллическая из алюминие­вого сплава с внутренним диаметром = 22 мм.