Расчет схемы и процесса нагрева толуола в стандартном кожухотрубном теплообменнике

В различных химических производствах существует масса технологических процессов, перед которыми осуществляется нагрев органических жидкостей перед их подачей в реакторы того или иного типа.

Нагрев может осуществляться в стандартных кожухотрубных теплообменных аппаратах с трубами диаметром 25х2 мм.

В качестве греющего агента наиболее целесообразно использовать не водяной пар, стоимость которого высока, а продукты сгорания топлива.

Для подачи органической жидкости в реактор через теплообменник необходимо рассчитать гидравлические сопротивления создаваемые в трубопроводе жидкостью и выбрать центробежный насос.

Для удаления дымовых газов после их использования в теплообменнике необходимо рассчитать сопротивление дымового тракта и высоту дымовой трубы, а возможно и выбрать дымосос, если требуется высота дымовой трубы более 40 метров.

Теплообменные аппараты (теплообменники) применяются для осуществ­ления теплообмена между двумя теплоносителями с целью нагрева или ох­лаждения одного из них. В зависимости от этого теплообменные аппараты называют подогревателями или холодильниками.

По способу передачи тепла различают следующие типы теплообменных аппаратов:

- поверхностные, в которых оба теплоносителя разделены стенкой, при­чем тепло передается через поверхность стенки;

- регенеративные, в которых процесс передачи тепла от горячего тепло­носителя к холодному разделяется по времени на два периода и происходит при попеременном нагревании и охлаждении насадки теплообменника;

- смесительные, в которых теплообмен происходит при непосредствен­ном соприкосновении теплоносителей.

В химической промышленности наибольшее распространение получили поверхностные теплообменники, отличающиеся разнообразием конструк­ций, основную группу которых представляют трубчатые теплообменники, такие как: кожухотрубные, оросительные, погруженные и "труба в трубе".

Одним из самых распространенным типом теплообменников являются кожухотрубные теплообменники. Они представляют собой пучок труб, концы которых закреплены в специальных трубных решетках путем разваль­цовки, сварки, пайки, а иногда на сальниках. Пучок труб расположен внутри общего кожуха, причем один из теплоносителей движется по трубам, а другой - в пространстве между кожухом и трубами.

Кожухотрубные теплообменники могут быть с неподвижной трубной ре­шеткой или с температурным компенсатором на кожухе, вертикальные или горизонтальные. В соответствии с ГОСТ 15121-79, теплообменники могут быть двух- четырех- и шестиходовыми по трубному пространству.

Для нагрева продуктов дымовыми газами целесообразно использовать одноходовые кожухотрубные теплообменники.

Достоинствами кожухотрубных теплообменников являются: компакт­ность; небольшой расход метала; легкость очистки труб изнутри, а недос­татками - трудность пропускания теплоносителей с большими скоростями; трудность очистки межтрубного пространства и трудность изготовления из материалов, не допускающих развальцовки и сварки.

Кожухотрубные теплообменники могут использоваться как для нагрева, так и для охлаждения.

Задание

Рассчитать процесс нагрева 23 т/ч толуола в стандартном кожухотрубном теплообменнике от 10 до 110ºC перед подачей в технологический процесс. Нагрев осуществляется дымовыми газами, полученными от сгорания в топке смеси доменного и коксового газа с теплотой сгорания Q = 6,0 МДж/м

Состав коксового газа на сухую массу в объем, %:

H^с₂= 61,0; CH^с₄ = 24,0; CO^с = 6,0; CO^с₂ = 3,65; C₂ H^с₄ = 2,35; N^с₂ = 1,5; O^с₂ = 1,5; W = 65 г/м .

Состав доменного газа на сухую массу в объем, %:

H^с₂= 7,4; CH^с₄ = 0,77; CO^с = 27,84; CO^с₂ = 16,35; N^с₂= 45,89; O^с₂ = 1,75;

W = 98 г/м .