Проектирование ректификационной установки для непрерывного разделения смеси бензол–толуол

курсовая работа

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.

Делись добром ;)