Расчёт оборудования участка подогрева жидкой смеси ректификационной колонны
Автор работы: Пользователь скрыл имя, 31 Марта 2012 в 16:04, курсовая работа
Описание
В ректификационной колонне К при атмосферном давлении производится разделение смеси
двух жидкостей. Для обеспечения процесса разделения жидкая смесь перекачивается с
массовым расходом G из емкости Е, работающей при атмосферном давлении, в
ректификационную колонну с помощью центробежного насоса НЦ. В вертикальном
кожухотрубном теплообменнике ТО смесь нагревается водяным насыщенным паром от
начальной температуры t1 до температуры кипения смеси при атмосферном давлении, и
затем поступает в ректификационную колонну К.
Содержание
1. Задание............................................................................................................................................3
2. Описание установки.......................................................................................................................4
3. Расчет гидравлического сопротивления сети..............................................................................5
3.1. Расчет параметров смеси.......................................................................................................5
3.2. Определение параметров потока смеси во всасывающем трубопроводе..........................5
3.3. Определение параметров потока смеси в нагнетающем трубопроводе............................6
3.4. Расчет гидравлического сопротивления трубопровода.......................................................6
3.5. Расчет гидравлического сопротивления теплообменника..................................................8
3.6. Гидравлическое сопротивление сети....................................................................................9
4. Подбор насоса к заданной сети...................................................................................................10
5. Расчет максимально допустимой высоты установки насоса....................................................11
6. Тепловой расчет теплообменника...............................................................................................12
6.1. Определение параметров смеси и греющего пара.............................................................12
6.2. Определение расхода пара...................................................................................................13
6.3. Определение средней движущей силы...............................................................................13
6.4. Приближенная оценка коэффициента теплопередачи и поверхности.............................13
6.5. Выбор теплообменника........................................................................................................13
6.6. Проверочный расчет теплообменника................................................................................14
7. Приложение...................................................................................................................................16
8. Список литературы.........................................................................
Работа состоит из 1 файл
Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева
Кафедра процессов и аппаратов химической технологии
Курсовая работа
по теме:
«Расчёт оборудования участка подогрева
жидкой смеси ректификационной колонны»
Выполнил:
студент группы К-31 Вильшанский Д. В.
Проверил:
Майборода А.Б.
Москва 2011
-2-
Оглавление
1. Задание............................................................................................................................................3
2. Описание установки.......................................................................................................................4
3. Расчет гидравлического сопротивления сети..............................................................................5
3.1. Расчет параметров смеси.......................................................................................................5
3.2. Определение параметров потока смеси во всасывающем трубопроводе..........................5
3.3. Определение параметров потока смеси в нагнетающем трубопроводе............................6
3.4. Расчет гидравлического сопротивления трубопровода.......................................................6
3.5. Расчет гидравлического сопротивления теплообменника..................................................8
3.6. Гидравлическое сопротивление сети....................................................................................9
4. Подбор насоса к заданной сети...................................................................................................10
5. Расчет максимально допустимой высоты установки насоса....................................................11
6. Тепловой расчет теплообменника...............................................................................................12
6.1. Определение параметров смеси и греющего пара.............................................................12
6.2. Определение расхода пара...................................................................................................13
6.3. Определение средней движущей силы...............................................................................13
6.4. Приближенная оценка коэффициента теплопередачи и поверхности.............................13
6.5. Выбор теплообменника........................................................................................................13
6.6. Проверочный расчет теплообменника................................................................................14
7. Приложение...................................................................................................................................16
8. Список литературы.......................................................................................................................17
-3-
1. Задание
Смесь:
ацетон — бензол
Молярная доля НК:
x = 0,28
Расход смеси:
G = 32 т/час
Температура:
t
1
= 20
0
С
Задание 1. Гидравлический расчет участка подогрева исходной смеси.
Высота подачи:
H
Г
= 8,4 м
Всасывающий трубопровод (участок «емкость — насос»):
Размеры труб:
диаметр
d
1
= 83x3 мм
длина
l
1
= 8,1 м
Отводы под углом 90
0
(R
0
/d = 1)
количество
m
1
= 7 шт.
Нагнетательный трубопровод (участок «насос — теплообменник»):
Размеры труб:
диаметр
d
2
= 69x3 мм
длина
l
2
= 50 м
Вентили
условный проход
D
у2
= 80 мм
количество
n
2
= 3 шт.
Вентиль
коэф. сопротивления ζ
min
= 7
Диафрагма
диаметр отверстия
d
02
= 26,8 мм
Отводы под углом 90
0
(R
0
/d = 1)
количество
m
2
= 10 шт.
Теплообменник (только для выполнения задания 1):
Размеры труб:
диаметр
d
ТО
= 25x2 мм
длина
l
ТО
= 4 м
Общее число труб:
N
ТО
= 56 шт.
Число ходов:
k = 2
Задание:
I. Определить гидравлическое сопротивление сети.
II. Подобрать к заданной сети насос (n = 2900 об/мин).
III. Определить напор, коэффициент полезного действия и мощность на валу насоса.
IV. Определить максимально допустимую высоту установки насоса над уровнем
жидкости в емкости.
Задание 2. Тепловой расчет теплообменника — подогревателя исходной смеси.
I. Определить расход пара с учетом того, что температура кипения смеси на 20
0
C ниже
температуры греющего пара.
II. Подобрать кожухотрубный теплообменник с запасом поверхности 10-30%.
III. Выполнить проверочный расчет теплообменника.
Примечания:
К заданию 1
1. Трубопровод и теплообменник считать изготовленными из стальных труб (с
незначительной коррозией).
2. Считать, что вентили на магистрали полностью открыты; вентили на боковых отводах
полностью закрыты.
3. Гидравлическим сопротивлением участка Т3 пренебречь.
К заданию 2
1. Конденсат отводится при температуре конденсации.
2. Теплообменник, включенный в задание 1, в тепловом расчете не учитывать.
-4-
2. Описание установки
Схема установки:
Описание схемы:
В ректификационной колонне К при атмосферном давлении производится разделение смеси
двух жидкостей. Для обеспечения процесса разделения жидкая смесь перекачивается с
массовым расходом G из емкости Е, работающей при атмосферном давлении, в
ректификационную колонну с помощью центробежного насоса НЦ. В вертикальном
кожухотрубном теплообменнике ТО смесь нагревается водяным насыщенным паром от
начальной температуры t
1
до температуры кипения смеси при атмосферном давлении, и
затем поступает в ректификационную колонну К.
На трубопроводе «емкость — теплообменник» установлена арматура (вентили, диафрагмы и
пр.), характеристики которой приводятся в индивидуальном задании.
Рисунок 1. Схема установки
-5-
3. Расчет гидравлического сопротивления сети
3.1. Расчет параметров смеси
Температура кипения ацетона (табл. XLIV [1]): t
кип.А
=56
0
C
Температура кипения бензола (табл. XLIV [1]): t
кип.Б
=80,2
0
C
Ацетон кипит при более низкой температуре, значит, x
А
=0,28; x
Б
=1−0,28=0,72
Температуру кипения смеси определяем по диаграмме 1: t
кип
=61,45
0
C
Молярная масса ацетона (табл. XLIV [1]): M
А
=58,08
кг
кмоль
Молярная масса бензола (табл. XLIV [1]): M
Б
=78,11
кг
кмоль
Молярная масса смеси: M=x
А
∗M
А
+x
Б
∗M
Б
=0,28∗58,08+0,72∗78,11=72,502
кг
кмоль
Массовая доля ацетона: ω
А
=x
А
M
А
M
=0,28∗
58,08
72,502
=0,224
Массовая доля бензола: ω
Б
=1−ω
А
=1−0,224=0,776
Плотность ацетона при 20 градусах (табл. IV [1]): ρ
А
=791
кг
м
3
Плотность бензола при 20 градусах (табл. IV [1]): ρ
Б
=879
кг
м
3
Удельный объем смеси при 20 градусах: V=
ω
А
ρ
А
+
ω
Б
ρ
Б
=
0,224
791
+
0,776
879
=1,166∗10
−3
м
3
кг
Плотность смеси при 20 градусах: ρ=
1
V
=
1
1,166∗10
−3
=857,599
кг
м
3
Динамический коэффициент вязкости ацетона при 20 градусах (табл. IX [1]):
μ
а
=0,322 мПа∗с
Динамический коэффициент вязкости бензола при 20 градусах (табл. IX [1]):
μ
б
=0,65 мПа∗с
Динамический коэффициент вязкости смеси при 20 градусах:
lg μ=x
А
lg μ
А
+x
Б
lgμ
Б
=0,28∗lg(0,322)+0,72∗lg(0,65)=−0,273
μ=10
−0,273
=0,534 мПа∗с
3.2. Определение параметров потока смеси во всасывающем трубопроводе
Рассчитаем среднюю скорость потока из уравнения массового расхода:
G=ρ V =ρω
π d
2
4
ω
вс
=
4G
ρ π d
1
2
=
4∗32∗1000
3600∗857,599∗3,14∗(77∗10
−3
)
2
=2,226
м
с
-6-
Определим режим течения смеси:
Re=
ω
вс
d
1
ρ
μ
=
2,226∗77∗10
−3
∗857,599
0,534∗10
−3
=2,753∗10
5
Re>10
4
−развитыйтурбулентный режим
Средняя высота выступов для стальных труб с незначительной коррозией (табл. XII [1]):
e=0,2 мм
Относительная шероховатость: ε=
e
d
1
=
0,2
77
=2,597∗10
−3
Формула для расчета коэффициента трения в шероховатых трубах:
1
√
λ
вс
=−2lg[
ε
3,7
+(
6,81
Re
)
0,9
]=−2lg[
2,597∗10
−3
3,7
+(
6,81
2,753∗10
5
)
0,9
]=6,223
λ
вс
=
1
6,223
2
=0,026
3.3. Определение параметров потока смеси в нагнетающем трубопроводе
Рассчитаем среднюю скорость потока из уравнения массового расхода:
G=ρ V =ρω
π d
2
4
ω
нагн
=
4G
ρ π d
2
2
=
4∗32∗1000
3600∗857,599∗3,14∗(63∗10
−3
)
2
=3,325
м
с
Определим режим течения смеси:
Re=
ω
нагн
d
2
ρ
μ
=
3,325∗63∗10
−3
∗857,599
0,534∗10
−3
=3,364∗10
5
Re>10
4
−развитыйтурбулентный режим
Средняя высота выступов для стальных труб с незначительной коррозией (табл. XII [1]):
e=0,2 мм
Относительная шероховатость: ε=
e
d
2
=
0,2
63
=3,175∗10
−3
Формула для расчета коэффициента трения в шероховатых трубах:
1
√
λ
нагн
=−2lg[
ε
3,7
+(
6,81
Re
)
0,9
]=−2lg[
3,175∗10
−3
3,7
+(
6,81
3,364∗10
5
)
0,9
]=6,075
λ
нагн
=
1
6,075
2
=0,027
3.4. Расчет гидравлического сопротивления трубопровода
Затраты давления на создание скорости потока на выходе из сети:
Δ p
ск
=
ρω
нагн
2
2
=
857,599∗3,325
2
2
=4,741∗10
3
Па
-7-
Потеря давления на трение во всасывающем трубопроводе:
Δ p
тр.вс
=λ
вс
l
1
d
1
ρ ω
вс
2
2
=0,026∗
8,1
77∗10
−3
857,599∗2,226
2
2
=5,771∗10
3
Па
Потеря давления на трение в нагнетающем трубопроводе:
Δ p
тр.нагн
=λ
нагн
l
2
d
2
ρ ω
нагн
2
2
=0,027∗
50
63∗10
−3
857,599∗3,325
2
2
=1,02∗10
5
Па
Суммарная потеря давления на трение:
Δ p
тр
=Δ p
тр.вс
+Δ p
тр.нагн
=5,771∗10
3
+1,02∗10
5
=1,077∗10
5
Па
Потеря давления на преодоление местных сопротивлений во всасывающем трубопроводе:
Коэффициенты местных сопротивлений (табл. XIII [1]):
Вид сопротивления
Σζ
Вход жидкости в трубопровод
0,5
Отводы под углом 90
0
(R
0
/d = 1) 7*1*0,21 = 1,47
1,97
Потеря давления: Δ p
мс.вс
=Σ ζ
ρω
вс
2
2
=1,97∗
857,599∗2,226
2
2
=4,185∗10
3
Па
Потеря давления на преодоление местных сопротивлений в нагнетающем трубопроводе:
Коэффициенты местных сопротивлений (табл. XIII [1]):
Вид сопротивления
Σζ
Выход жидкости из
трубопровода
1
Отводы под углом 90
0
(R
0
/d = 1)
10*1*0,21 =
2,1
Вентили с условным проходом
80 мм
3*4 = 12
Вентиль
7
Диафрагма с диаметром
отверстия 26,8 мм ((d
02
/d
2
)
2
=
0,181)
64,8
86,9
Потеря давления: Δ p
мс.нагн
=Σ ζ
ρ ω
нагн
2
2
=86,9∗
857,599∗3,325
2
2
=4,12∗10
5
Па
Суммарная потеря давления на преодоление местных сопротивлений:
Δ p
мс
=Δ p
мс.вс
+Δ p
мс.нагн
=4,185∗10
3
+4,12∗10
5
=4,161∗10
5
Па
Затраты давления на подъем жидкости:
Δ p
под
=ρ g H
Г
=857,599∗9,81∗8,4=7,065∗10
4
Па
-8-
Разность давлений в пространстве нагнетания и всасывания:
Т.к. и емкость, и ректификационная колонна работают при атмосферном давлении, то
Δ p
доп
= p
2
−p
1
=1−1=0
Гидравлическое сопротивление трубопровода:
Δ p
ТП
=Δ p
ск
+Δ p
тр
+Δ p
мс
+Δ p
под
+Δ p
доп
Δ p
ТП
=4,741∗10
3
+1,077∗10
5
+4,161∗10
5
+7,065∗10
4
+0=5,993∗10
5
Па
3.5. Расчет гидравлического сопротивления теплообменника
Определим среднюю температуру потока в теплообменнике:
t=
t
1
+t
кип
2
=
20+61,45
2
=40,725
0
C
Плотность ацетона при средней температуре (табл. IV [1]): ρ
А
=767,202
кг
м
3
Плотность бензола при средней температуре (табл. IV [1]): ρ
Б
=857,202
кг
м
3
Удельный объем смеси при средней температуре:
V=
ω
А
ρ
А
+
ω
Б
ρ
Б
=
0,224
767,202
+
0,776
857,202
=1,197∗10
−3
м
3
кг
Плотность смеси при средней температуре: ρ=
1
V
=
1
1,197∗10
−3
=835,225
кг
м
3
Динамический коэффициент вязкости ацетона при средней температуре (табл. IX [1]):
μ
А
=0,266 мПа∗с
Динамический коэффициент вязкости бензола при средней температуре (табл. IX [1]):
μ
Б
=0,488 мПа∗с
Динамический коэффициент вязкости смеси при средней температуре:
lg μ=x
А
lg μ
А
+x
Б
lgμ
Б
=0,28∗lg(0,266)+0,72∗lg(0,488)=−0,385
μ=10
−0,385
=0,412 мПа∗с
Рассчитаем среднюю скорость потока из уравнения массового расхода:
G=ρ V =ρω
π d
2
4
N
ТО
k
ω
ТО
=
4kG
N
ТО
ρ π d
ТО
2
=
4∗2∗32∗1000
3600∗56∗835,225∗3,14∗(21∗10
−3
)
2
=1,097
м
с
Определим режим течения смеси:
Re=
ω
ТО
d
ТО
ρ
μ
=
1,097∗21∗10
−3
∗835,225
0,412∗10
−3
=4,673∗10
4
Re>10
4
−развитыйтурбулентный режим
Средняя высота выступов для стальных труб с незначительной коррозией (табл. XII [1]):
e=0,2 мм
Относительная шероховатость: ε=
e
d
ТО
=
0,2
21
=9,524∗10
−3
-9-
Формула для расчета коэффициента трения в шероховатых трубах:
1
√
λ
ТО
=−2lg[
ε
3,7
+(
6,81
Re
)
0,9
]=−2lg[
9,524∗10
−3
3,7
+(
6,81
4,673∗10
4
)
0,9
]=5,067
λ
ТО
=
1
5,067
2
=0,039
Коэффициенты местных сопротивлений (табл. XIII [1]):
Вид сопротивления
Σζ
Входная или выходная камера
2*1,5 = 3
Поворот на 180
0
между ходами
или секциями
2,5
Вход в трубы или выход из них
1*4 = 4
9,5
Гидравлическое сопротивление кожухотрубного теплообменника:
Δ p
ТО
=λ
k L
ТО
d
ТО
ρ ω
ТО
2
2
+Σ ζ
ρ ω
ТО
2
2
Δ p
ТО
=0,039∗
2∗4
21∗10
−3
835,225∗1,097
2
2
+9,5∗
835,225∗1,097
2
2
=1,224∗10
4
Па
3.6. Гидравлическое сопротивление сети
Гидравлическое сопротивление сети находим как сумму гидравлических сопротивлений ее
составляющих:
Δ p
ТО
=Δ p
ТП
+Δ p
ТО
=5,993∗10
5
+1,224∗10
4
=6,115∗10
5
Па
-10-
4. Подбор насоса к заданной сети
Потери давления на всасывающей линии:
Δ p
вс
=Δ p
тр.вс
+Δ p
мс.вс
=5,771∗10
3
+4,185∗10
3
=9,956∗10
3
Па
Потери напора на всасывающей линии:
H
п.вс
=
Δ p
вс
ρ g
=
9,956∗10
3
857,599∗9,81
=1,184 м
Потери давления на нагнетающей линии:
Δ p
нагн
=Δ p
тр.нагн
+Δ p
мс.нагн
=1,02∗10
5
+4,12∗10
5
=5,139∗10
5
Па
Потери напора на нагнетающей линии:
H
п.нагн
=
Δ p
нагн
ρ g
+
Δ p
ТО
ρ
ТО
∗g
=
5,139∗10
5
857,599∗9,81
+
1,224∗10
4
835,225∗9,81
=61,146 м
Общие потери напора:
H
п
=Н
п.вс
+H
п.нагн
=1,184+61,146=62,33 м
Полный напор, развиваемый насосом:
H=
p
2
− p
1
ρ g
+Н
Г
+H
п
=0+18+62,33=70,73 м
Полезная мощность насоса:
N=V ρ g H=
G
ρ
ρ g H=G g H=
32∗1000
3600
∗9,81∗70,73=6,166 кВт
По заданным производительности и напору следует выбрать насос марки Х90/85, для
которого при оптимальных условиях работы производительность Q = 2,5 * 10
-2
м
3
/с, напор H
= 85 м, КПД насоса η
н
= 0,65. Насос снабжен двигателем А02-91-2 номинальной мощностью
75 кВт (η
д
= 0,89, частота вращения вала n = 48,3 об/с = 2900 об/мин).
Мощность, потребляемая двигателем:
N
дв
=
N
η
н
=
6,166
0,65
=9,485 кВт
-11-
5. Расчет максимально допустимой высоты установки насоса
Запас напора, необходимый для исключения кавитации:
H
кав
=0,3(Vn
2
)
2/3
=0,3∗(0,011∗48,3
2
)
2/ 3
=2,534 мвод.ст.
Атмосферное давление при высоте над уровнем моря, равной нулю (табл. XIX [1]):
A = 10,3 м вод. ст.
Давление насыщенного пара ацетона при 20 градусах (табл. XLIV [1]): h
t.А
= 186 мм рт. ст.
Давление насыщенного пара бензола при 20 градусах (табл. XLIV [1]): h
t.Б
= 75 мм рт. ст.
Давление насыщенного пара смеси при 20 градусах:
h
t
=x
А
h
t.А
+x
Б
h
t.Б
=0,28∗186+0,72∗75=106,08 мм рт.ст.=1,442 мвод.ст.
Допустимая высота установки насоса над уровнем жидкости в емкости:
H
вс
⩽A−h
t
−H
п.вс
−H
кав
=10,3−1,442−1,184−2,534=5,164 м
Отсюда можно сделать вывод, что максимально допустимая высота установки насоса
составляет 5,164 м над уровнем жидкости в емкости.
-12-
6. Тепловой расчет теплообменника
6.1. Определение параметров смеси и греющего пара
Индекс 1 применяем к греющему пару, индекс 2 — к подогреваемой смеси.
Начальная температура смеси: t
2н
=20
0
C
Конечная температура смеси (температура кипения): t
2к
=61,45
0
C
По заданию, температура конденсации греющего пара:
t
1
=t
2к
+20=61,45+20=81,45
0
C
Средняя температура смеси: t
2
=
t
2к
+t
2н
2
=
61,45+20
2
=40,725
0
C
Параметры смеси определяем при средней температуре:
Молярная масса: M
2
=72,502
кг
кмоль
Плотность (задание 1): ρ
2
=835,225
кг
м
3
Динамический коэффициент вязкости (задание 1): μ
2
=0,412 мПа∗с
Удельная теплоемкость ацетона: c
а
=0,54
ккал
кг∗К
=2,261
кДж
кг∗К
Удельная теплоемкость бензола: c
б
=0,42
ккал
кг∗К
=1,758
кДж
кг∗К
Удельная теплоемкость смеси:
c
2
=ω
а
с
а
+ω
б
с
б
=0,224∗2,261+0,776∗1,758=1,871
кДж
кг∗К
Коэффициент теплопроводности:
Для неассоциированных жидкостей A=4,22∗10
−8
Температурный коэффициент ε=2,0
0
C
−1
Коэффициент теплопроводности при 30 градусах:
λ
2.30
=Ac
2
ρ
2
(
ρ
2
M
2
)
1/3
=4,22∗10
−8
∗1871∗835,225∗(
835,225
72,502
)
1/3
=0,149
Вт
м∗К
Коэффициент теплопроводности:
λ
2
=λ
2.30
[1−ε (t
2
−30)]=0,149∗[1−2∗(40,725−30)]=0,146
Вт
м∗К
Параметры греющего пара определяем при температуре конденсации :
Удельная теплота парообразования (табл. LVI [1]): r
1
=2,306∗10
3
кДж
кг
Плотность водяного пара(табл. LVI [1]): ρ
1п
=0,053
кг
м
3
Плотность конденсата (табл. IV [1]): ρ
1ж
=970,985
кг
м
3
-13-
Коэффициент теплопроводности конденсата: (рис. X [1]): λ
1ж
=0,678
Вт
м К
Динамический коэффициент вязкости конденсата (табл. IX [1]) μ
1ж
=0,352 мПа∗с :
6.2. Определение расхода пара
Определяем тепловую нагрузку:
Q=G
2
c
2
(t
2к
−t
2н
)=
32∗1000
3600
∗1,871∗(61,45−20)=689,359кВт
По уравнению теплового баланса найдем массовый расход греющего пара:
G
1
=
Q
r
1
=
689,359
2306
=0,299
кг
с
Объемные расходы греющего пара и смеси:
V
1
=
G
1
ρ
1п
=
0,299
0,053
=5,617
м
3
с
V
2
=
G
2
ρ
2
=
32∗1000
3600∗835,255
=0,011
м
3
с
6.3. Определение средней движущей силы
Большая разность температур: Δt
б
=t
1
−t
2н
=81,45−20=61,45
0
C
Меньшая разность температур: Δt
м
=t
1
−t
2к
=81,45−61,45=20
0
C
Средняя движущая сила: Δt
ср
=
Δt
б
−Δt
м
ln(
Δt
б
Δt
м
)
=
61,45−20
ln(
61,45
20
)
=36,927
0
C
6.4. Приближенная оценка коэффициента теплопередачи и поверхности
Для передачи тепла от конденсирующегося пара к органической жидкости при вынужденном
движении минимальный коэффициент теплопередачи (табл. 4.8 [1]): K
ор
=120
Вт
м
2
К
Максимальная площадь поверхности: F
ор
=
Q
K
ор
Δt
ср
=
689359
120∗36,927
=155,569 м
2
6.5. Выбор теплообменника
Возьмем теплообменник с диаметром труб d
2
=25x2 мм
Найдем минимальную скорость потока смеси для создания турбулентного режима течения:
Re
2мин
=10000
ω
2мин
=
Re
2мин
μ
2
ρ
2
d
2
=
10000∗0,412∗10
−3
835,225∗0,021
=0,235
м
c
Максимальное количество труб диаметром 25х2 мм, обеспечивающих объемный расход
смеси:
n
макс
=
V
2
0,785 d
2
2
∗ω
2мин
=
0,011
0,785∗0,021
2
∗0,235
=130,876≈131
По условиям F < 155,596 м
2
и n < 131 выбираем двухходовый кожухотрубный теплообменник
с внутренним диаметром кожуха 600 мм:
-14-
Число труб: n
об
=240
Число труб на один ход: n=
n
об
k
=
240
2
=120
Поверхность теплообмена: F=75 м
2
Длина труб: L=4 м
6.6. Проверочный расчет теплообменника
Критерий Рейнольдса: Re
2
=Re
2мин
(
n
макс
n
)=10000∗(
131
120
)=1,091∗10
4
Критерий Прандтля: Pr
2
=
c
2
μ
2
λ
2
=
1870∗0,412∗10
−3
0,146
=5,289
Критерий Нуссельта для турбулентного режима:
Nu
2
=0,021 Re
2
0,8
Pr
2
0,43
(
Pr
2
P
ст2
)
0,25
=0,021∗10910
0,8
∗5,289
0,43
∗1=73,016
Коэффициент теплоотдачи смеси: α
2
=Nu
2
λ
2
d
2
=73,016∗
0,146
0,021
=506,743
Вт
м
2
К
Удельная тепловая нагрузка: q=
Q
F
=
689,359
75
=9,191
кВт
м
2
Коэффициент теплоотдачи при конденсации водяного пара на пучке вертикальных труб:
α
1
=1,21λ
1
(
ρ
1ж
2
r
1
g
μ
1
H
)
1/3
q
−1/3
=1,21∗0,678(
970,985
2
∗2306∗10
3
∗9,81
0,352∗10
−3
∗4
)
1/3
9,191
−1/3
=9,698
кВт
м
2
К
Определяем термическое сопротивление стенки:
Толщина стенки: δ
ст
=2мм
Коэффициент теплопроводности стальной стенки (табл. XXVIII): λ
ст
=46,5
Вт
м К
Термическое сопротивление чистой стенки: r
ст
=
δ
ст
λ
ст
=
0,002
46,5
=4,301∗10
−5
м
2
К
Вт
Термическое сопротивление загрязнений со стороны водяного пара (вода среднего
качества) (табл. XXXI [1]): r
загр.1
=
1
1600
=6,25∗10
−4
м
2
К
Вт
Термическое сопротивление загрязнений со стороны органической жидкости
(табл. XXXI [1]): r
загр.2
=
1
5800
=1,724∗10
−4
м
2
К
Вт
Суммарное термическое сопротивление:
r=r
ст
+r
загр.1
+r
загр.2
=4,301∗10
−5
+6,25∗10
−4
+1,724∗10
−4
=8,404∗10
−4
м
2
К
Вт
-15-
Коэффициент теплопередачи:
K=
1
1
α
1
+r+
1
α
2
=
1
1
9698
+8,404∗10
−4
+
1
506,743
=342,827
Вт
м
2
К
Расчетная площадь поверхности: F
р
=
Q
K Δt
ср
=
689359
342,827∗36,927
=54,454 м
2
Запас поверхности:
F−F
р
F
=
75−54,454
75
=27,395%
Запас поверхности попадает в заданный интервал 10-30%, значит, теплообменник выбран
верно.
-16-
7. Приложение
Диаграмма 1. Равновесие жидкость-пар системы ацетон-бензол
0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
50
55
60
65
70
75
80
85
Состав жидкой фазы
Состав газовой фазы
Состав данной смеси
Температура кипения смеси
Состав, мол. % ацетона
Т
е
м
п
е
р
а
т
у
р
а
,
г
р
а
д
.
С
-17-
8. Список литературы
1. Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и
аппаратов химической технологии: Учебное пособие для вузов под ред. чл. - корр. АН
России П. Г. Романкова. - 12-е изд. М.: ООО ТИД «Альянс», 2005. - 576 с.
Информация о работе Расчёт оборудования участка подогрева жидкой смеси ректификационной колонны