2.4.2 Подробный расчет холодильника кубового остатка
Температурная схема:
,
Тогда . По известному составу и средней температуре найдём необходимые параметры теплоносителя и хладагента:
а) Удельная теплоемкость кубового остатка:
б) Количество теплоты:
в) Теплоемкость воды:
г) Расход воды:
Для определения ориентировочной площади теплообмена примем коэффициент теплопередачи
Определим ориентировочно площадь теплообмена:
Для обеспечения интенсивного теплообмена попытаемся подобрать аппарат с турбулентным или переходным режимом течения теплоносителей. Возьмём теплообменный аппарат типа “труба в трубе” по ГОСТ (9830-79) с диаметром кожуховой трубы и теплообменной кубовый остаток направим в кожуховую трубу, а охлаждающую воду в теплообменную трубу.
Зададимся критерием Рейнольдса для кубового остатка : Re2=10000
Эквивалентный диаметр кольцевого сечения: dэкв=0.011
Вязкость кубового остатка при его средней температуре :
Плотность кубового остатка при его средней температуре:
Найдем скорость кубового остатка:
Найдем площадь поперечного сечения:
Найдем по каталогу стандартную площадь:
Найдем по стандартной площади скорость и число Рейнольдса:
В теплообменной трубе хладагент - вода.
Зададимся критерием Рейнольдса для воды: Re1=10000
Эквивалентный диаметр кольцевого сечения: dэкв=0.03 м
Вязкость(Пас) воды при ее средней температуре :
Плотность(кг/м3) воды при ее средней температуре:
Найдем скорость воды:
Найдем площадь поперечного сечения:
Найдем по каталогу стандартную площадь:
Найдем по стандартной площади скорость и число Рейнольдса:
Температуры стенки со сторон холодного и горячего теплоносителей будем искать с помощью метода итераций. Суть метода заключается в нахождении удельного потока теплоты со стороны хладагента и теплоносителя как функций от температуры одной из стенок теплообменника и решения уравнения графическим методом или с помощью ПК относительно температуры стенки.
Сначала рассмотрим холодный теплоноситель - воду. Найдем для нее теплофизические свойства и при ее средней температуре:
Теплопроводность:
Теплоемкость (Дж/кгК):
Вязкость (Пас):
=7.482*10-4
Плотность (кг/м3):
Определим критерий Прандтля для кубового остатка по формуле:
.
Зададимся температурой стенки со стороны хладагента tстхол=37,115
Найдем теплофизические параметры и критерий Прандтля при температуре стенки хладагента:
Теплопроводность:
Теплоемкость (Дж/кгК):
Вязкость (Пас):
=6,899 10-4
Представим критерий Прандтля при температуре стенки как функцию от этой температуры, это позволяют сделать функциональные зависимости теплофизических свойств компонентов смеси от температуры:
Так как режим течения жидкости турбулентный, то критерий Нуссельта для воды будем находить по формуле:
Выразим коэффициент теплоотдачи как функцию от температуры соответствующей стенки:
,
Зная коэффициенты теплоотдачи можно выразить удельный тепловой поток как функцию от температуры соответствующей стенки:
Выразим температуру горячей стенки () как функцию от температуры холодной стенки (). Это позволяет сделать соотношение:
Коэффициент теплопроводности стали, берём из [3] , среднее значение тепловой проводимости загрязнений стенок берём из [3] для смеси паров бензол - толуол и воды среднего качества.
Решив уравнение, находим .
Теперь рассмотрим горячий теплоноситель - кубовый остаток. Найдем его теплофизические свойства при его средней температуре.
Теплопроводность:
Теплоемкость (Дж/кгК):
Определим критерий Прандтля для кубового остатка по формуле:
.
Найдем теплофизические параметры и критерий Прандтля при температуре стенки горячего теплоносителя ():
Вязкость
Теплопроводность
Теплоемкость
Представим критерий Прандтля при температуре стенки как функцию от этой температуры, это позволяют сделать функциональные зависимости теплофизических свойств компонентов смеси от температуры:
Так как режим течения жидкости можно считать турбулентным, то критерий Нуссельта для кубового остатка будем находить по формуле (для кубового остатка):
Выразим коэффициент теплоотдачи как функцию от температуры соответствующей стенки:
,
Зная коэффициенты теплоотдачи можно выразить удельный тепловой поток как функцию от температуры соответствующей стенки:
Потоки равны с погрешностью
Найдём коэффициент теплопередачи:
Расчетная площадь поверхности теплопередачи:
Теплообменник обладает следующими характеристиками:
Тип “труба в трубе”, диаметр кожуховой трубы , диаметр теплообменной трубы , длина одной секции - 3 м, всего 22 секции.
- Введение
- 1. Аналитический обзор
- 1.1 Периодическая ректификация бинарных смесей
- 1.2 Непрерывно действующие ректификационные установки для разделения бинарных смесей
- 2. Расчетная часть
- 2.1 Материальный баланс
- 2.2 Гидравлический расчёт
- 2.2.1 Определение скорости пара и диаметра колонны
- 2.2.2 Определение диаметра колонны
- 2.2.3 Расчёт высоты газожидкостного (барботажного) слоя жидкости
- 2.2.4 Расчёт высоты светлого слоя жидкости
- 2.2.5 Расчёт гидравлического сопротивления тарелки
- 2.2.6 Расчёт брызгоуноса
- 2.3 Расчет высоты колонны
- 2.3.1 Определение коэффициентов массоотдачи
- 2.3.2 Определение количества тарелок
- 2.3.3 Расчёт высоты
- 2.3.4 Расчёт гидравлического сопротивления колонны
- 2.4 Тепловой расчет установки
- 2.4.1 Тепловой баланс
- 2.4.2 Подробный расчет холодильника кубового остатка
- 2.4.3 Приближенный расчет теплообменников
- Выводы
- Введение
- Задание по курсовому проектированию
- 3. Ректификационная колонна для разделения многокомпонентной смеси
- Реферат
- 3. Ректификационные установки
- Расчет тарельчатой ректификационной колонны непрерывного действия
- 62. Ректификационные установки для разделения многокомпонентных смесей
- 1.4. Установка для непрерывной ректификации бинарной смеси