2.1.3. Расчёт кипятильника
Горячий теплоноситель: |
|
Холодный теплоноситель: |
||
|
|
|
|
|
Насыщенный водяной пар |
|
Кубовая смесь «ацетон-вода» |
||
|
|
|
|
|
t1 = 132,9 |
|
¯ |
|
|
ρк = 932,25 кг/м3 |
|
Хнк = 0,008 кг смеси |
||
Хнк = 0,00249 |
|
|||
ρп = 0,7931 кг/м3 |
кмоль смеси |
|||
r1 = 2171 кДж/кг |
|
|
|
|
|
t2 = 98,89 |
|
||
μ1 = 0,208 мПа ∙ с |
ρ2 = 956,27 кг/м3 |
|||
λ1 = 0,683 Вт /м ∙ К |
|
μ2 = 0,287 мПа ∙ с |
||
|
|
|
λ2 = 0,677 Вт /м ∙ К |
|
|
|
c2 = 4201 Дж/кг ∙ К |
||
|
|
2 = 58,65 мДж/м2 |
||
|
|
ρ |
= 0,594 кг/м3 |
|
|
|
п2 |
|
|
|
|
r2 = 2245,7 кДж/кг |
||
Qк = W · r2 = 3,23 · 2245,7 · 103 = 7253611 Вт
Расход пара в кипятильнике:
m2 = |
|
Qк |
= |
7253611 |
= 3,34 |
кг |
||
|
r |
2171 · 103 |
c |
|||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
Температурная схема: |
|
|
|
|
|
|
|
|
132,9 |
|
|
|
|
132,9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
98,89 |
|
|
|
|
98,89 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∆ tср = 132,9 − 98,89 = 34
Определим ориентировочную величину площади поверхности теплообмена
Q
Аор = ∆ tср ∙ Кор
37
По таблице ориентировочное значение коэффициента теплопередачи от конденсирующегося пара к кипящей жидкости (испарители) К ор =2200 Вт/ м2·К
Аор = 7253611 |
= 96,97 м2 |
2200 · 34 |
|
По ГОСТ 15119-79 и ГОСТ 15121-79 выбираем одноходовой кожухотрубчатый испаритель со следующими характеристиками:
- диаметр кожуха: D = 800 мм
- диаметр труб: d = 20 2 мм
-общее число труб: N = 638
-длина труб: L = 4 м
-число ходов: 4 - поверхность теплообмена: А = 160 м2.
Коэффициент теплопередачи от водяного пара, конденсирующегося на наружной поверхности:
|
ρ2 |
∙ g ∙ r |
1 |
|
3 |
||
α = 1,21 ∙ ( 1 |
1 ) |
= A ∙ q−(1/3) |
|
1 |
μ1 |
∙ H ∙ q |
|
|
|
||
Коэффициент теплопередачи от кипящей в трубах жидкости:
α |
= 780 ∙ |
λ1,3 |
∙ ρ0,5 ∙ ρп0,06 ∙ q0,6 |
|
= В ∙ q0,6 |
|
|||||
σ0,5 |
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|||
2 |
|
∙ r0,6 |
∙ ρпо0,66 ∙ c0,3 ∙ μ0,3 |
|
|
||||||
|
|
2 |
|
2 |
|
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
∆ tср |
|
1 |
+ ∑rст + |
1 |
|
|
|
|
|
|
K = |
q |
= |
α |
α |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
2 |
f(q) = A1 q4/3 + q∑rст + B1 q0,4 − ∆ tср = 0 F = Qq
Коэффициент А определим по формуле:
38
|
ρ2 |
∙ r ∙ g |
|
932,252 ∙ 2171000 ∙ 9,81 |
|
|
A = 1,21 ∙ λ1 ∙ |
1 |
|
1 |
= 1,21 ∙ 0,683 ∙ |
|
= 232500 |
μ |
∙ H |
0,208 ∙ 10−3 ∙ 4 |
||||
|
|
1 |
|
|
|
|
Коэффициент В вычислим по формуле:
λ1,3 ∙ ρ0,5 ∙ ρ0,06
В = 780 ∙ 2 2 п
σ20,5 ∙ r20,6 ∙ ρпо0,66 ∙ c20,3 ∙ μ20,3
0,6771,3 ∙ 956,270,5 ∙ 0,4280,06
В = 780 ∙ 0,058650,5 ∙ 22457000,6 ∙ 0,5940,66 ∙ 956,270,3 ∙ (0,287 ∙ 10−3)0,3 = 11,45
Сумма термических сопротивлений стенок и их загрязнений:
По таблице принимаем тепловые проводимости загрязнений: Со стороны паров воды:
1 |
= 5800 |
Вт |
r |
|
м2 · К |
1 |
|
|
Со стороны органической жидкости: |
|
|
1 |
= 5800 |
Вт |
r |
|
м2 · К |
2 |
|
|
Коэффициент теплопроводности стали Ст3: CТ = 46,5 Вт/м·К
Сумма термических сопротивлений стенок и их загрязнений
|
|
|
∑rсm = r1 + |
δст |
+ r2 |
|
||
|
|
|
λст |
|
||||
∑rст = |
1 |
+ |
0,002 |
+ |
1 |
= 3,88 · 10−4 |
м2 · К |
|
5800 |
46,5 |
5800 |
Вт |
|||||
Решаем уравнение относительно неизвестного теплового потока:
f(q) = A1 q4/3 + q∑rст + B1 q0,4 − ∆ tср = 0
Подбором мы получаем 50500 с точностью 0,098
q = 50500 − 50500 − 66547 0,098 = 50350 0,098 − 10,65
39
Принимаем q = 50350 Вт/К с точностью 0,0004 |
|
|
|
|
||||||||||||
Тогда, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A = Q = |
7253611 |
= 144 м2 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
q |
50350 |
|
|
|
α = 1,21 ∙ λ |
∙ |
|
|
ρ2 |
∙ r ∙ g |
= 11,75 ∙ |
1 |
= 6296 |
Вт |
|||||||
|
|
1 |
|
|
1 |
|
50350− 3 |
м2 |
· К |
|||||||
1 |
|
1 |
|
|
μ ∙ L |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
α = 780 ∙ |
λ |
1,3 |
∙ ρ0,5 |
∙ ρп0,06 ∙ |
q0,6 |
= 3,986 ∙ 50350 |
0,6 = 7784 |
Вт |
||||||||
2 |
|
2 |
ρ0,66 |
|
c0,3 |
μ0,3 |
м2 · К |
|||||||||
2 |
σ0,5 |
r0,6 |
∙ |
∙ |
|
|
|
|
||||||||
|
2 |
∙ |
2 |
|
по |
|
2 |
∙ |
2 |
|
|
|
|
|
||
Запас площади поверхности:
= 160 − 144 ∙ 100% = 11,11 % 144
2.1.4. Расчёт холодильника дистиллята
Горячий теплоноситель: |
|
Холодный теплоноситель: |
|
|
|
Дистиллят «ацетон - вода» |
|
Вода |
|
|
|
¯ |
|
|
Хнк = 0,992 кг смеси |
|
|
Хнк = 0,975 кмоль смеси |
|
|
t1н = 56,3 , t1к = 30 |
|
t2н = 22 , t2к = 28 |
t1ср = 43 |
|
t2ср = 25 |
ρ = 765,5 кг/м3 |
|
ρ = 997 кг/м3 |
1 |
|
2 |
μ1 = 0,266 мПа ∙ с |
|
μ2 = 0,8907 мПа ∙ с |
λ1 = 0,165 Вт /м ∙ К |
|
λ2 = 0,6059 Вт /м ∙ К |
cp1 = 2258,1 Дж/кг ∙ К |
|
cp2 = 4179,5 Дж/кг ∙ К |
Температурная схема при противотоке: |
||
|
56,3 |
|
30 |
28 |
|
|
|
|
22 |
40 |
|
Подберем двухтрубный теплообменник с помощью программы: Возьмем теплообменник с 7 секциями и длиной секций 12 м
41
2.1.5. Расчет холодильника кубового остатка
Горячий теплоноситель: |
Холодный теплоноситель: |
|
|
Кубовая смесь «ацетон-вода» |
Вода |
|
|
¯ |
|
Хнк = 0,008 кг смеси |
|
Хнк = 0,00249 кмоль смеси |
|
t1н = 98,89 , t1н = 30 |
t2н = 22 , t2к = 32 |
t1ср = 64 |
t2ср = 27 |
ρ = 978,54 кг/м3 |
ρ = 996,5 кг/м3 |
1 |
2 |
μ1 = 0,439 мПа ∙ с |
μ2 = 0,8515 мПа ∙ с |
λ1 = 0,654 Вт /м ∙ К |
λ2 = 0,6089 Вт /м ∙ К |
cp1 = 4171,34 Дж/кг ∙ К |
Дж |
|
cp2 = 4179 кг ∙ К |
|
Pr = 5,84 |
|
|
Температурная схема при противотоке: |
|
|
98,89 |
30 |
32 |
|
|
22 |
|
Подберем двухтрубный теплообменник с помощью программы: Возьмем теплообменник с 20 секциями при длине секций 6 м
42