 |
4.4 Расчёт дефлегматора. 4.4.1 Ориентировочный расчет. 4.4.2 Подробный расчет процесса теплопередачи
|
|
|
|
4. 4 Расчёт дефлегматора
4. 4. 1 Ориентировочный расчет
В дефлегматоре конденсируется пары дистиллята за счет охлаждения водой, введем индексацию: 1 – дистиллят; 2 – вода.
1- зависимость температуры дистиллята от длины теплообменных труб;
2- зависимость температуры воды от длины теплообменных труб.
Рисунок 2 – Температурная схема процесса в дефлегматоре
Примем 
где 
– температура конденсации паров дистиллята, 
Рассчитаем наименьшую и наибольшую движущую силу теплопередачи 
и 
:
| (67) |
| (68) |
Средняя разность температур считается по уравнению:
| (69) |
Рассчитаем среднюю разность температур:
Средняя температура исходной смеси:
| (70) |
Теплофизические параметры воды при средней температуре:
Массовый расход воды в дефлегматоре определим по формуле:
| (71) |
Рассчитаем расход воды в дефлегматоре:
Скорость воды в трубах рассчитаем по формуле:
| (72) |
где 
- ориентировочное значение числа Рейнольдса;
- внутрений диаметр труб, м.
Примем: 
- ориентировочное значение числа Рейнольдса,
, - внутрений диаметр труб.
Воспользуемся формулой (72):
Рассчитаем проходное сечение по формуле:
| (73) |
Воспользуемся формулой (73):
Определим ориентировочную поверхность теплообмена по формуле:
| (74) |
K- ориентировочное значение коэффициента теплопередачи, 
.
Примем: 
Проведем расчет ориентировочной поверхности теплообмена:
По ориентировочным значениям проходного сечения и поверхности теплообмена предлагается выбрать двухходовой кожухотрубчатый теплообменник со следующими характеристиками:
- диаметр кожуха внутренний 
;
|
|
|
- число рядов труб 
;
- длина труб 
;
- диаметр труб 
;
- площадь поверхности теплообмена 
- площадь трубного пространства 
.
4. 4. 2 Подробный расчет процесса теплопередачи
Для выбранного теплообменного аппарата рассчитаем скорость в трубах, значение критерия Re и Pr по формулам при 
:
| (75) |
– проходное сечение теплообменного аппарата, 
.
| (76) |
| (77) |
Проведем про расчеты по формулам (75), (76), (77):
Рассчитаем коэффициент теплоотдачи конденсирующегося пара на пучке труб по формуле:
| (78) |
– корректировочный коэффициент, зависящий от числа рядов труб 
;
– средняя температура поверхности стенок теплообменных труб со стороны пара, 
;
– теплопроводность дистиллята, 
;
– плотность, 
Расчет теплофизических величин входящих в формулу (78) при температуре 
Теплопроводность дистиллята найдем по формуле (при 
:
| (79) |
– теплопроводность компонента А, 
;
– теплопроводность компонента B, .
Найдем теплопроводность дистиллята по формуле (79) при 
Найдем плотность смеси при температуре 
по формуле (13), плотности: 
Рассчитаем вязкость смеси при температуре по формуле (14), вязкости: 
Рассчитаем коэффициент теплоотдачи по формуле (78), примем 
:
Примем: 
тогда теплофизические параметры при этой температуре равны:
Пересчитаем значение критерия Pr по формуле (77):
Формула для расчета коэффициента теплоотдачи труб к воде имеет вид:
| (80) |
Рассчитаем коэффициент теплоотдачи от труб к воде:
Примем значение тепловой проводимости загрязнений труб со стороны пара и воды: 
.
Суммарное термическое сопротивление рассчитаем по формуле:
| (81) |
толщина стенки труб, м;
коэффициент теплопроводности стенки труб, 
Примем: 
Произведем расчет по формуле (79):
Расчет коэффициента теплопередачи осуществляется по формуле:
|
|
|
| (82) |
Воспользуемся формулой (80):
Произведем расчет тепловых потоков по формулам:
| (83) |
| (84) |
| (85) |
Произведем расчет по формулам (83), (84), (85):
Рассчитаем расхождение тепловых потоков по формуле:
| (86) |
Воспользуемся формулой (86):
Очевидно, что расхождение значений тепловых потоков больше 5%.
Найдем новые приближения температуры стенок по формулам:
| (87) |
| (88) |
Применим формулы (87), (88):
Примем: 
Повторим вычисления для новых температур стенок:
Рассчитаем коэффициент теплоотдачи по формуле (78), примем 
:
При 
теплофизические параметры при этой температуре равны:
Пересчитаем значение критерия Pr по формуле (77):
Рассчитаем коэффициент теплоотдачи от труб к воде по формуле (80):
Примем значение тепловой проводимости загрязнений труб со стороны пара и воды: .
Суммарное термическое сопротивление рассчитаем по формуле (81):
Воспользуемся формулой (82):
Произведем расчет по формулам (83), (84), (85):
Воспользуемся формулой (86):
Очевидно, расхождение значений тепловых потоков меньше 5%. Расчет коэффициента теплопередачи закончен.
Определим поверхность теплообмена по формуле:
| (89) |
Рассчитаем поверхность теплообмена:
Выбираем по каталогу теплообменный аппарат с длиной труб L=4 м и поверхностью теплообмена 
22, 5 .
Запас по поверхности при этом рассчитаем по формуле:
| (90) |
где – запас поверхности теплообмена, %;
– поверхность теплообменного аппарата выбранного по каталогу, 
– расчетная поверхность теплообмена, 
Воспользуемся формулой (88):
Предлагается выбрать двухходовой кожухотрубчатый теплообменник со следующими характеристиками:
- диаметр кожуха ;
- число ходов по труба 
- длина труб 
;
- диаметр труб ;
- площадь поверхности теплообмена 
- площадь трубного пространства 
;
- Cталь Х13.
|
|
|
