Подробный расчет дефлегматора

В качестве хладагента используем воду среднего качества со средним значением тепловой проводимости загрязнений стенок , а тепловая проводимость загрязнений стенок органическими парами .

В качестве материала труб выберем нержавеющую сталь с коэффициентом теплопроводности .

Тогда термическое сопротивление загрязнений труб

(57)

Теплопроводность смеси:

;

;

.

Теплопроводность воды:

.

Вязкость смеси:

;

;

.

Плотность смеси:

;

;

.

Плотность воды:

.

Удельная теплота конденсации паров дистиллята .

Подробный расчет первого выбранного теплообменника:

Задаемся температурой стенки . Тогда:

.

; (58)

где – коэффициенты теплоотдачи от стенки 1 и 2.

, (59)

где – множитель, учитывающий влияние числа труб по вертикали; (18 рядов труб, шахматное расположение труб);

– теплопроводность смеси, Вт/м^.К;

– плотность смеси, кг/м³;

– теплота конденсации, Дж/кг;

– скорость свободного падения, м/с;

– вязкость смеси, мПа^.с;

– наружный диаметр труб, м;

.

Тогда:

.

Тепловой поток первой стенки:

. (60)

Определим температуру холодной стенки:

. (61)

Скорость воды в дефлегматоре:

; (62)

где – расход воды;

– число ходов;

– внутренний диаметр труб;

– число труб.

Определим критерий Рейнольдса для воды по формуле:

. (63)

Определим критерий Прандтля для воды:

. (64)

Теплопроводность воды при температуре стенки:

.

Вязкость воды при температуре стенки:

.

Критерий Прандтля для воды при температуре стенки:

. (65)

Так как критерий Рейнольдса больше 10000 то критерий Нуссельта будет иметь следующий вид:

. (66)

Коэффициент теплоотдачи от воды:

. (67)

Тепловой поток холодной стенки:

. (68)

Сопоставим q₁ и q₂:

; (69)

следовательно, выбранная температура стенки не подходит. Проведем повторные расчеты, результаты занесем в таблицу:

Величина
, °С			47.8
,
,
, °С	37.1	40.2	38.3
, К	14.5	12.5	13.7
	4.89	4.89	4.89
	4.65	3.61	4.51
,
,
	0.454	0.739	0.0468

Коэффициент теплопередачи:

. (70)

Расчетная площадь поверхности теплопередачи:

;

следовательно, первоначально выбранный теплообменник не подходит, необходимо увеличить поверхность теплообмена и выбрать четырехходовой дефлегматор с внутренним диаметром кожуха , числом труб , длиной труб . Поверхность теплообмена – , проходное сечение одного хода .

Подробный расчет второго выбранного теплообменника:

Задаемся температурой стенки . Тогда:

.

;

где – коэффициенты теплоотдачи от стенки 1 и 2.

,

где – множитель, учитывающий влияние числа труб по вертикали; (20 рядов труб, шахматное расположение труб);

Тогда:

.

Тепловой поток первой стенки:

.

Определим температуру холодной стенки:

.

Скорость воды в дефлегматоре:

;

Определим критерий Рейнольдса для воды по формуле:

.

Определим критерий Прандтля для воды:

.

Вязкость воды при температуре стенки:

.

Так как критерий Рейнольдса меньше 10000 и больше 3500 и , то критерий Нуссельта будет иметь следующий вид:

. (71)

Коэффициент теплоотдачи от воды:

.

Тепловой поток холодной стенки:

.

Сопоставим q₁ и q₂:

;

следовательно, выбранная температура стенки не подходит. Проведем повторные расчеты, результаты занесем в таблицу:

Величина
, °С
,
,
, °С	38.8	41.8	40.3
, К	13.5	11.5	11.5
	4.89	4.89	4.89
	0.731	0.731	0.731
	0.675	0.529	0.546
,
,
	0.458	0.356	0.00772

Коэффициент теплопередачи:

.

Расчетная площадь поверхности теплопередачи:

;

следовательно, первоначально выбранный теплообменник не подходит, необходимо увеличить поверхность теплообмена и выбрать двухходовой дефлегматор с внутренним диаметром кожуха , числом труб , длиной труб . Поверхность теплообмена – , проходное сечение одного хода .

Проделав подробные расчеты и сопоставив выбранные теплообменники, выбираем первый вариант, так как расчетная площадь поверхности теплообмена лучше соотносится с ориентировочным значением и для изготовления теплообменника потребуется меньшее количество материалов.

Выводы

В ходе работы были рассчитаны колонна и 5 теплообменников. Их характеристики:

Ректификационная колонна

Диаметр ;

Высота ;

Число тарелок ;

Расстояние между тарелками ;

Общее сопротивление колонны .

Куб-испаритель

Диаметр кожуха ;

Общее число труб ;

Число ходов ;

Длина труб ;

Площадь поверхности теплообмена .

Холодильник кубовой жидкости

Диаметр кожуха ;

Общее число труб ;

Число ходов ;

Длина труб ;

Площадь поверхности теплообмена ;

Площадь проходного сечения трубного пространства ;

Площадь проходного сечения межтрубного пространства .

Подогреватель

Диаметр кожуха ;

Общее число труб ;

Число ходов ;

Длина труб ;

Площадь поверхности теплообмена

Площадь проходного сечения трубного пространства .

Дефлегматор

Диаметр кожуха ;

Общее число труб ;

Число ходов ;

Длина труб ;

Площадь поверхности теплообмена ;

Площадь проходного сечения трубного пространства .

Холодильник дистиллята

Диаметр кожуха ;

Общее число труб ;

Число ходов ;

Длина труб ;

Площадь поверхности теплообмена ;

Площадь проходного сечения трубного пространства ;

Площадь проходного сечения межтрубного пространства .