 |
Расчёт и выбор теплообменного аппарата для подогрева исходной смеси
|
|
|
|
Необходимые для расчета заданные параметры:
GF=3,06 кг/с;
tсм=20°C;
аF=28%; tF=95,6°C;
P=300кПа.
Целью теплового расчёта является определение необходимой площади теплопередающей поверхности, соответственно при заданных температурах оптимальными гидродинамические условия процесса и выбор стандартизованного теплообменника.
Из основного уравнения теплопередачи:
(1.45)
где F – площадь теплопередающей поверхности, м2;
Q – тепловая нагрузка аппарата;
К – коэффициент теплопередачи Вт, (м2·к);
∆tср средний температурный напор, °К.
Определяем тепловую нагрузку:
, (1.46)
где Gхол – массовый расход этанола, кг/с;
схол – средняя удельная теплоёмкость этанола Дж/кг·с;
t2, t1 – конечная и начальная температуры этанола, °С,
X= 1.05 – коэффициент учитывающий потери тепла в окружающую среду.
Средняя температура этанола:
, (1.47)
.
Этому значению температуры этанола соответствует значение теплоёмкости С=2933 Дж/кг·К:
Q=3,06·2933·(95,6-20) ·1,05=712·103 Вт.
Расход пара определяем из уравнения:
Q=D·r, (1.48)
D – расход пара, кг/с;
r – средняя теплота конденсации пара Дж/кг.
Из формулы (1.48) следует, что
,
.
Расчёт температурного режима теплообменника.
Цель расчёта – определение средней разности температур ∆tср и средних температур теплоносителей tср1 и tср2.
Для определения среднего температурного напора составим схему движения теплоносителей (в нашем случае схема противоточная)
Тн=132,7 пар Тн =132,7°С
∆tм = Тн - tк =132,7-85=47,7
|
|
|
∆tб = Тн – tн =132,7-20=112,7
.
tк=85 этиловый спирт tн =20°С
∆tм = 47,7
∆tб = 112,7
Тн выбираем по табл. XXXIX [4]
tср1 = Тн=132,7 °С, т.к. температура пара в процессе конденсации не меняется.
т.к 
, то
(1.49)
,
∆ tср= tср1-tср2=132,7-75,8=56,9°С.
Температура одного из теплоносителей (пара) в аппарате не изменяется, поэтому выбор температурного режима окончателен.
Ориентировочный расчёт площади поверхности аппарата. Выбор конструкции аппарата и материалов для его изготовления.
Ориентировочным расчётом называется расчёт площади теплопередающей поверхности по ориентировочному значению коэффициента теплопередачи К, выбранному из [4]. Принимаем К=900 Вт/(м2К), тогда ориентировочное значение площади аппарата вычислим по формуле (1.45):
(1.50)
,
Учитывая, что в аппарате горячим теплоносителем является пар, для обеспечения высокой интенсивности теплообмена со стороны метанола необходимо обеспечить турбулентный режим движения и скорость движения метанола в трубах аппарата 
2= 1,0 м/с [4].
Для изготовления теплообменника выбираем трубы стальные бесшовные диаметром 25х2мм. необходимое число труб в аппарате n, обеспечивающее такую скорость, определим из уравнения расхода:
(1.51)
.
Такому числу труб в одном ходе n=12 шт, и площади поверхности аппарата F=13,9≈14 м2 по ГОСТ15118-79 и ГОСТ 15122-79 наиболее полно отвечает двухходовой теплообменник диаметром 325 мм, с числом труб 56 (в одном ходе 28 шт.), длинной теплообменных труб 4000 мм и площадью поверхности F=13м2.
Расчет дефлегматора
Тепловую нагрузку дефлегматора определим из теплового баланса.
Таблица 2— Тепловой баланс для дефлегматора
| Приход теплоты | Расход теплоты |
1. С паром из колонны
2. С охлаждающей водой
| 3. С дистиллятом
4. С охлаждающей водой
|
|
|
|
Приход теплоты
Расход теплоты
1. С паром из колонны
2. С охлаждающей водой
3. С дистиллятом
4. С охлаждающей водой
Потерями теплоты в окружающую среду пренебрегаем.
Тепловой баланс:
, (1.52)
, (1.53)
откуда расход охлаждающей воды на дефлегматор:
. (1.54)
Количество паров, поднимающихся из колонны:
, (1.55)
кг/с.
Скрытую теплоту конденсации паровой смеси в дефлегматоре определяем по формуле:
, (1.56)
где rДэ=852·103 Дж/кг, rДв=2307·103 Дж/кг при tД=79ْ С.
Дж/кг.
Принимаем температуру охлаждающей воды на входе в дефлегматор tн=9ْ С, на выходе tк=29ْ С, тогда расход воды на дефлегматор составит:
кг/с.
|
|
|
