Как посчитать площадь теплообменника

[terri]

Добрый день!

Не подскажите, как можно посчитать такую площадь для конденсации паров воды, если известно, что расход дистиллята 400 л/ч.

У меня никак не получается найти в инете простую для понимания формулу. :-(

Спасибо заранее!

[tvv385]

В принципе любая площадь - смотря сколько сможете отвести с другой стороны.
(конденсацией-испарением можно передавать очень большие потоки мощности)

Так что начинайте считать со второй части теплообменника - с этой мощность может быть очень большой.
(Ну и теплопроводность ребер конечно, если они есть)

PS отвод и теплопроводность самого конденсата не забудьте учесть

[terri]

Спасибо!

К сожалению, я не химический инженер, а рядовой синтетик.

Вот как мне начать со второй части теплообменника, если я не знаю,

где первая.

Нашла в Павлове, Романкове, Носкове раздел "Пример расчета теплообменников",

но там, к сожалению, примеры не с водным паром, а с парами органики.

Через перепетии все же имею пару чисел. Известно стало Q, равное 100 kW,

известно давление - 50 мм рт ст, известны две дельты - разница температур

охлаждающей воды и разница температур в реакторе ( в дистилляте и кубовом

остатке). А вот что дальше?

А к теплопроводности ребер, может к концу года и доберусь. :-)

[хома1979]

В процессах и аппаратах важно прежде всего не вещество, а его константы (плотность, вязкость, теплоёмкость, скорость течения). Их подставляют в соответствующие критериальные уравнения (критерии Рейнолдса Re Нуссельта Nu и др) и по критериальным уравнениям

находят нужную вам величину.

[tvv385]

Все просто - надо просто понимать, какие физические процессы происходят.

 

При конденсации(это ваш основной процесс) будет выделяться конденсат и теплота конденсации.

Основная проблема будет в отводе этой самой теплоты конденсации - это для воды около 2.5 МДж/кг.

(расчеты для углеводородов можно смотреть как пример, но с учетом что там обычно около 0.4 МДж/кг)

 

Придеться подумать об отводе конденсата - причем если тепло будет проходить через его слой,

то он имеет ограниченную теплопроводность и может работать как своего рода "теплоизолятор", увеличивая тепловой напор(потери T).

(с другой стороны, лучше если поверхность теплообменника будет мокрой - тогда там не будет никаких потерь на начало конденсации.

На сухом теплообменнике конденсация может и вообще не начаться - тоже известный физический эффект, нужна "затравка" для начала фазового перехода, сухая гидрофобная поверхность может и вообще не работать, особенно если рядом есть "мокрая" которая ограничивает давление и/или перепад температур, забирая все на себя.   Иногда при проектировании приходиться даже ставить

отдельный насос, который бы орошал поверхности теплообменников, особенно если нет возможности для больших потерь на начало,

как в вашем вакуумном случае)

 

 

Потом считаете потоки тепла через стенки и ребра - простейшая формула теплопроводности.  По ней можно прикинуть, чтобы понять какой тип теплообменника выбрать, какой материал и какого порядка должны быть размеры и толщины, чтобы обеспечить такой поток при заданных допустимых потерях...

 

Vladimir

PS  Конденсация очень мощный и эффективный процесс, с ней скорее всего проблем не будет(если не считать грабли с ее началом на сухой поверхности).

Поэтому лучше начать считать со второй части - вот она будет ограничивать плотность потока мощности, поскольку там скорее всего теплопроводность среды и материалов теплообменника(и ее теплоемкость на скорость потока) будут лимитировать процесс,

а так-же надо сделать анализ как будет влиять то что температура теплоносителя изменяется по ходу теплообменника...

(теплообменники с фазовым переходом самые мощные и там практически одинаковая T по всему теплообменнику, 

определяемая только давлением конденсации.  В случае если тепло загоняется не в фазовый переход, а в теплоемкость,

то принимая тепло теплоноситель нагревается - а в случае фазвого перехода огромная теплоемкость принимается практически без изменения T)

[adamas]

Рассматривайте Ваш аппарат не конденсатором, а подогревателем, с известным расходом пара.

смотрите "Процессы и аппараты пищевых производств" почти в каждой книге есть расчет и теория.

 

Для начала следует выбрать

тип подогревателя: трубчатый или пластинчатый.

материал поверхности теплообмена: сталь, нерж, латунь - что подходит. и т.д.

нагреваемая жидкость может быть не только вода, а какой-либо жидкий продукт на производстве, который надо нагреть - это даст экономию энергоресурсов.

по опыту - пластинчатый подогреватель меньше, удобней, но его самим делать нецелесообразно, лучше покупать, цена где-то 40-100 т.р. и производитель посчитает за даром. 

трубчатый своего изготовления может оказаться дороже и гораздо массивней.

[terri]

Спасибо вам огромное за подробные объяснения!

Меня очень заинтересовали два числа - теплота конденсации 2,5 МДж/кг и

цена на пластинчатый подогреватель/конденсатор.

Если мне известен расход 400 л/ч (или 400 кг), то, получается, я могу

расчитать тепло, как 2,5*400 v MДж. Видимо, по этому теплу можно рассчитать

и поверхность конденсатора? А случайно это тепло не может быть

параметром, по которому выбирают и сам конденсатор?

Допусти, прихожу в магазин, мне, мол, пожалуйста, конденсатор,

чтобы такое тепло мог отвести. Так не получится?

И очень здорово, если производитель сам посчитает этот конденсатор,

если гарантировать, что его потом и купят.

Меня расчеты просто в замешательство вводят - на три страница

один расчет!!!

Вот один раз мне посоветовали, как диаметр трубы считать,

чтобы быть уверенным, что планируемый расход "уляжется" в эту трубу.

Вот это красота! Одна чудесная формула и никаких хлопот! :-)

С разбегу думала, что и с конденсатором будет что-то подобное,

но, видимо, оплашалась. :-)

[adamas]

Набираете в яндексе пластинчатый теплообменник купить...

Машимпекс, Этра, Опекс, Альфа-Лаваль, Функе...

пишете, Вам присылают опросный лист и т.д.

самому считать тоже просто, но есть куча мелких деталей относительно теплоносителей.

F=Q/(k*дельтаС)

F - площадь, м2

Q тепловой поток 2,5*400/3600= 0,277 , МВт=277000Вт

k - коэф теплопередачи, очень сильно зависит от чистоты пара и жидкости, материала поверхности, можно принимать от 500 до 2000 Вт/(м2*С)

дельта t  - средний перепад температур между паром и жидкостью на входе и выходе, К. Например, если пар 100С, а вода поступает с 20С, уходит с 60С, то разница на входе составит 100-20=80С, на выходе 100-60=40С, тогда дельта  t  составит (80+40)/2=60С

получим как-то так:

F=277000/(1000*60)=4,7 м2.

будем вникать в подробности?

Изменено 10 Октября, 2014 в 14:38 пользователем adamas

[terri]

Какое же Вам огромное спасибо! Ну так все стало понятно!

Ну если можно, то очень бы хотелось и о подробностях рассказать.

Это я для облегчения сказала, что вода отпаривается. На самом деле

в этой воде присутствует и 6-7 % муравьиной кислоты. Это "смягчающий"

или "оттягачающий"фактор? Рискну предположить, что вот это Q как-то

связано с теплоемкостью с(р), а теплоемкость, возможно считается через

массовые доли, а поскольку теплоемкость у воды, наверное, больше, чем

у муравьиной, то и Q будет меньше, значит и площадь тоже, значит, 4,7м2 с резервом.

Это неважное объяснение?

А вторая подробность такая, что 400 л/ч я посчитала на основании того, что у меня

5м3 реактор имеет отверстие, через которое идут пары, диаметром 480 мм.

Учитывая давление 50 мм рт ст, посмотрела по табличе, какая плотность

паров , скорость пара взяла как 15 м/с и все подставила в мою полюбившуюся

формулу. Получилось, что 400 л/ч даже с запасом. А теперь вот подумала, а

хватит ли у меня тепла от пара, который поступает в рубашку реактора,

чтобы отпарить столько воды. Можно ли это как-то посчитать?

Мне знаком только диаметр реактора и высота обогревательной рубашки.

Видимо, можно посчитать площадь обогрева. А как потом дальше, не знаю.

Известно еще, что для обогрева используется пар низкого давления.

[tvv385]

Какое же Вам огромное спасибо! Ну так все стало понятно!

Ну если можно, то очень бы хотелось и о подробностях рассказать.

Это я для облегчения сказала, что вода отпаривается. На самом деле

в этой воде присутствует и 6-7 % муравьиной кислоты. Это "смягчающий"

или "оттягачающий"фактор? Рискну предположить, что вот это Q как-то

 

это пожирающий фактор - прожирающий теплообменник, до дыр

 

Во-первых материалы теплообменника теперь придеться выбирать только из тех кто химически стоек к раствору этой кислоты.

(кстати и про прокладки, припои и все что будет с ним контактировать тоже не забудьте - может или сожрать, либо вызвать ускоренное старение, либо набухание)

Короче говоря химический справочник по материалам в руки, и смотреть...  Но это все равно не окончательно - в конце еще головой подумать будет полезно

 

Во-вторых теперь еще вопрос про графики(ну такие в треугольничках, знаете наверно ) этой смеси - а не образует ли она азеотропы?..

 

В третьих не плохо бы понять что будет происходить с концентрацией раствора в этом процессе - где и как она будет меняться(кстати материал стойкий к концентрированной кислоте может разрушаться ее растворами, либо наоборот)?  

Ну то есть вопрос тут в температурах и давлениях пара в этом месте - от этого как раз теплообменник будет очень сильно зависеть...

 

В четвертых какой процесс - выпаривание либо все-же конденсация паров воды?

От этого зависят грабли с "запуском" процесса конденсации - как я уже говорил, на сухой гидрофобной поверхности конденсация может и не начаться вообще никогда...

 

 

Кстати по этой-же причине пластинчатый теплообменник для конденсатора паров может и вообще не подойти(по кр мере без специальных танцев с бубном вроде нанесения каких-нить покрытий + подачи раствора насосом для орошения всей поверхности)...

 

Трубчатые хотя и хуже по параметрам - но там зато можно будет трубы разместить в шахматном порядке, чтобы капающий с верхнего ряда труб конденсат попадал на трубы нижнего ряда и увлажнял его.

 

 

Иногда для этого приходиться ставить насос, который бы гонял по кругу раствор и не только увлажнял теплообменник,

но и за одно разбирался с концентрациями раствора, перемешивая его - не забывайте что просто чистое в-во это одно,

но когда это раствор или смесь(кстати если это твердое в-во оно еще кристаллизоваться может, забивая теплообменник),

то это уже совсем другое тк по мере испарения или конденсации меняется и его концентрация, и ДАВЛЕНИЕ ПАРОВ в этом месте!

То есть поэтому какая-то часть может и не работать - если точка в другом месте имеет другую концентрацию и будет определять

температуру и соотв. ей ДАВЛЕНИЕ паров...   Давление пара ведь одно по всему объему, если пренебреч динамическим напором от скорости пара...

 

Vladimir