Курсовая работа: Расчет двух ректификационных установок непрерывного действия для разделения смеси этилацетат – толуол

 (4.82)

3. Подробный расчёт подогревателя исходной смеси

Рассчитать и подобрать нормализованный кожухотрубчатый теплообменника для подогрева исходной смеси, насыщенным водяным паром. Начальная температура исходной смеси, в количестве Gсм=5000 кг/ч (1,3889 кг/с), t1н=20 0С, конечная t1к=95 0С.

Давление насыщенного водяного пара составляет 3 атм, температура конденсации насыщенного водяного пара составляет 133 0С; удельная теплота парообразования равна 2171000 Дж/кг.

Потери в окружающую среду примем 5%.

Определяем тепловую нагрузку аппарата:

 (5.83)

где  - теплоёмкость смеси при средней температуре, [2 рис. XI с. 562], Дж/(кг∙К).

Определение расхода горячего теплоносителя:

 (5.84)

Определяем полезную разность температур:

Рисунок 10 – Зависимость изменения температуры теплоносителей от поверхности теплообмена.

Ориентировочный выбор теплообменника.

Рассчитываем ориентировочную поверхность теплопередачи Sор.

 (5.85)

где Q – тепловая нагрузка аппарата, Вт;

 - полезная разность температур, 0С;

 - ориентировочное значение коэффициента теплопередачи, [1 таб. 2.1 с.47], Вт/(м2∙К).

Зададимся ориентировочным коэффициентом теплопередачи Кор=240 Вт/(м2∙К).

Если у одного из теплоносителей нет изменения агрегатного состояния, в данном случае у исходной смеси, то необходимо задаться турбулентным режимом движения теплоносителя, так как при этом режиме движения жидкости наибольший коэффициент теплоотдачи. Принимаем Re=12000. Стандартные диаметры труб: 252. Тогда при Re=12000

 (5.86)

Тогда число труб на один ход составит:

 (5.87)

Выбираем теплообменник [1.табл. 2.3 с. 51].

Поверхность теплообмена S=10 м2.

Длина труб L=2,0 м.

Общее число труб n=62 шт.

Число ходов z=1

Диаметр труб d=25x2 мм.

Диаметр кожуха D=325 мм.

 Пересчитываем скорость движения исходной смеси:

 (5.88)

Пересчитаем критерий Рейнольдса:

 (5.89)

Режим движения исходной жидкости, по трубному пространству, переходный, так как 2320<Re<10000.

Рисуем схему теплопередачи через стенку:

Рассчитываем действительное значение коэффициента теплопередачи:

 (5.90)

где  и - коэффициент теплоотдачи соответственно от горячего теплоносителя к стенке и от стенки к холодному теплоносителю, Вт/(м2∙К);

 - термическое сопротивление стенки.

Задаёмся tст1=130 0С. Определяем П – коэффициент теплоотдачи для пара, конденсирующегося на пучке вертикальных труб:

 (5.91)

Удельное количество тепла передаваемое от пара к стенке:

Определяем термическое сопротивление стенок с учетом загрязнения:

 (5.92)

где  и - термическое сопротивление стенки соответственно со стороны насыщенного пара и со стороны смеси, [1 таб. 2.2 с. 48];

 - толщина стенки, мм;

 - коэффициент теплопроводности стенки, Вт/(м∙К).

Находим температуру стенки со стороны холодного теплоносителя.

 (5.93)

Находим коэффициент теплоотдачи от стенки к исходной смеси - см.

 (5.94)

где  - критерий Нуссельта, для переходного режима движения жидкости;

 - коэффициент теплопроводности смеси при средней температуре смеси, [2 рис. X с.561], Вт/(м∙К);

 - эквивалентный диаметр, мм.

Так как режим движения смеси по трубному пространству переходный, следовательно критерий Нуссельта определим из графика зависимости  от критерия Рейнольдса в переходной области.

где Pr, Prст – критерий Прандтля соответственно при температуре жидкости и при температуре стенки [2 рис.XIII с.564].

Отсюда находим критерий Нуссельта:

где  и  - критерий Прандтля соответственно при средней температуре смеси и температуре стенки:

Тогда критерий Нуссельта:

Подставляя численные значения, получим:

Рассчитываем удельный тепловой поток от стенки к холодному теплоносителю:

Условием стационарного теплообмена является q=const. q1≠q2.

Снова задаёмся tст1 и повторяем расчёт.

tст1=129 0С. Определяем П – коэффициент теплоотдачи для пара, конденсирующегося на пучке вертикальных труб:

Удельное количество тепла, передаваемое от пара к стенке:

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9