Auswahl der Kühlspule
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Bei einem neuen Projekt unseres Unternehmens ist die Temperatur in dem Reaktor für die Säureextraktion zu hoch. Laut den Anforderungen des Prozesses muss die Temperatur der Masse innerhalb von einer halben Stunde von 90 Grad auf etwa 75 Grad gesenkt werden. Der Volumen der Masse im Reaktor beträgt 25 Kubikmeter. Die Führung hat beschlossen, Kühlrohre aus Titan zu verwenden. Als Kühlmittel wird Wasser aus den Kühltürmen des Systems verwendet. Die Ein- und Ausgangstemperaturen liegen bei 42 Grad bzw. 37 Grad. Meine Damen und Herren, wie wählt man geeignete Kühlrohre aus – und wie wird das berechnet? Wie hoch muss außerdem die Durchflussrate des Kühlmittels sein?
Berechnen Sie die Wärmeübertragungsfläche – wählen Sie einfach den Rohrtyp aus
Die beiden grundlegenden Gleichungen für die Wärmeübertragung dienen dazu, zunächst die Menge an Wärme zu berechnen, die abgegeben werden muss, damit die Flüssigkeit abgekühlt werden kann: Q = c·m·Δt. Für c kann man die Spezifische Wärmekapazität von Wasser verwenden – schließlich hat Wasser die höchste Spezifische Wärmekapazität. m steht für die Massenstromrate. Δt beträgt 90–75 °C. Nachdem die Menge an abzugebender Wärme berechnet wurde, wird aus dieser Wert die erforderliche Wärmeübertragungsfläche A ermittelt, indem man von diesem Wert einen Puffer abzieht. Dabei gilt Q = K·A·Δtm. Für K kann man einen Wert aus dem Bereich der Werte für Schlangenrohrwärmetauscher wählen – am besten einen etwas niedrigeren Wert. Δtm ist die logarithmische mittlere Temperaturdifferenz. In Wirklichkeit handelt es sich dabei um einen Gegenstromprozess; man kann jedoch auch den Parallelstromprozess verwenden. Dadurch entsteht ein ausreichend großer Puffer. Nachdem A berechnet wurde, kann man anhand des gewählten Durchmessers der Titanrohre die erforderliche Länge dieser Rohre ermitteln. Anschließend kann man je nach Spezifikationen des Reaktors entscheiden, wie viele Windungen die Rohre haben sollen und wie sie angeordnet werden sollen.