Thermo-hydraulic design of a shell and tube heat exchanger for acrylic acid cooling.
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Abstract
Shell and tube heat exchangers (STHE) in their various manifestations are undoubtedly the most widely and commonly used heat transfer equipment in the chemical processing industries. The objective of the present work is to design, from the thermo-hydraulic point of view, a 1-2 STHE to cool 50,000 kg/h of an acrylic acid stream from 97 to 40 ºC using water as coolant at an inlet temperature of 25 ºC. The proposed STHE will present a heat transfer area of 284.29 m2, an overall heat transfer coefficient of 364.26 W/m2.K, a number of tubes of 702, a bundle diameter of 975.62 mm, and a shell diameter of 1,047.62 mm. The selected type of STHE is split-ring floating head, the heat load has a value of 1,733.59 kW, it will be required 20.74 kg/s (74,664 kg/h) of cooling water to carry out the heat transfer service, while the values of the pressure drop of both the water (402.54 Pa) and the acrylic acid (2,479.27 Pa) are below the maximum allowable limits set by the heat exchange process, which are 1,000 Pa and 3,000 Pa for the water and acrylic acid, respectively. The designed STHE will has a purchase cost of USD $ 101,209.
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