Проект ректификационной установки непрерывного действия для разделения смеси метиловый - этиловый спирт
4.2 Расчет дефлегматора
В дефлегматоре конденсируется метиловый спирт с небольшим количеством этилового спирта. Температура конденсации паров дистиллята tD=65,5оC.
Температуру воды на входе в теплообменник примем 180С, на выходе 380С.
Составляем температурную схему процесса и определяем движущую силу процесса теплопередачи:
65,50С 65,50С
18 0 С 380 С
Определим среднюю температуру воды
Расход теплоты
Где r1 - удельная теплота конденсации смеси при температуре конденсации t1=65,5, r1=1087 кДж/кг.
,
где: , - удельная теплота конденсации компонентов А и В при температуре tD=65,5оC (табл. XLV стр.541 [1]).
.
Расход воды
кг/с,
Где с2=4190 Дж/(кг К) - удельная теплоемкость воды при средней температуре t2=280 С
Объемный расход воды
м3/с,
Где с2= 995 кг/м3- плотность воды при t2=280 С,
G2 =17,5 кг/с - расход воды.
Ориентировочно определяем максимальную величину площади поверхности теплообмена. Минимальное значение коэффициента теплопередачи для случая теплообмена от конденсирующегося пара органических жидкостей к воде. Кmin=300 Вт/(м2·К) (таблица 4.8 [1]). При этом
м2.
Для обеспечения турбулентного течения воды при Re>10000 скорость в трубах должна быть больше w1
м/с,
Где м2 - динамический коэффициент вязкости воды при средней температуре t2=280 С, м2=0,818*10-3 Па с;
d2- внутренний диаметр труб, d2=0,021 м;
с2= 995 кг/м3- плотность воды при t2=280 С.
Число труб 25х2 мм, обеспечивающих объемный расход воды при Re=10000
.
Условию n<30 и F<130 м2 удовлетворяет теплообменник шестиходовой диаметром 800 мм с числом труб на один ход трубного пространства n=384/6=64.
Уточняем значение критерия Рейнольдса Re
.
Критерий Прандтля для воды при средней температуре t1=28 єС равен
,
где л1=0,605- коэффициент теплопроводности воды при t1=28 єС (рисунок Х [1]);
с1=4190 Дж/(кг·К) - средняя удельная теплоемкость воды при t1=28 єС (рисунок XI [1]); м1=0,818·10-3 Па·с - динамический коэффициент вязкости воды при t1=28 єС (таблица VI [1]).
Рассчитаем критерий Нуссельта для воды
,
где е1=1.
Отношение (Pr1/Prст1)0,25 примем равным 1,1 (с последующей проверкой).
Таким образом, коэффициент теплоотдачи для воды равен
Вт/(м2·К).
Коэффициент теплоотдачи при конденсации пара смеси метанола и этанола на пучке горизонтальных труб
Вт/м2К,
где - коэффициент теплопроводности смеси при t1=66 єС (рисунок Х [1]); =0,198 Вт/м2К,
динамический коэффициент вязкости смеси при t1=66 єС (таблица VI [1]),
Примем тепловую проводимость загрязнений стенки со стороны греющего пара 1/rзагр.2=5800 Вт/(м2·К), со стороны смеси 1/rзагр.1=5800 Вт/(м2·К) (таблица ХХХI [1]). Коэффициент теплопроводности стали лст=46,5 Вт/(м2·К) (таблица ХХVII [1]); д=0,002 м - толщина стенки.
Находим сумму термических проводимостей стенки и загрязнений
Вт/(м2·К).
Коэффициент теплопередачи
Вт/(м2·К).
Поверхностная площадь теплового потока
Вт/м2,
где Дtср=37,5 єС - средняя разность температур.
Проверяем принятое значение (Pr1/Prст1)0,25. Определим
єС,
єС.
Определим критерий Прандтля при tст1=39,98 єС
,
где л1=0,6- коэффициент теплопроводности воды при tст1=39,98єС (рисунок Х [1]);
с1=4190Дж/(кг·К) - средняя удельная теплоемкость воды при tст1=39,98єС (рисунок XI [1]);
м1=0,72·10-3 Па·с - динамический коэффициент вязкости воды при tст1=39,98єС (таблица [1]).
Следовательно,
Было принято (Pr1/Prст1)0,25 =1,05. Разница
Расчетная площадь поверхности теплообмена
м2.
Принимаем к установке шестиходовой теплообменник с F=60 м2.
Внутренний диаметр кожуха Dн=800 мм;
Общее число труб n=384;
Поверхность теплообмена F=60 м2;
Длина труб L=2 м;
Диаметр трубы d=25х2 мм.
Запас площади поверхности теплообмена