Расчет конденсатора-холодильника паров бинарной смеси метанол-вода
1 Тепловой РАСЧЕТ
Исходные данные:
Бинарная смесь метанол-вода
Производительность 160т/сутки
Пары поступают в аппарат при температуре конденсации, конденсат отводится при 18°C
Содержание нк в парах 65%(масс.)
Температура охлаждающей воды:
-на входе 12°C
-на выходе 17°C
Мольная доля смеси:
Построим t-x диаграмму из которой найдем tкип.см = 78°C
Таблица 1. - Расчет содержания низкокипящего компонента при различных давлениях и температуре.
, мм. рт. ст. |
, мм. рт. ст. |
, мм. рт. ст. |
|||
64 |
760 |
180 |
760 |
1 |
|
68 |
850 |
215 |
0,85 |
||
72 |
950 |
240 |
0,73 |
||
76 |
1150 |
310 |
0,54 |
||
80 |
1200 |
340 |
0,49 |
||
84 |
1400 |
400 |
0,36 |
||
88 |
1600 |
510 |
0,23 |
||
92 |
1700 |
525 |
0,20 |
||
96 |
1830 |
610 |
0,12 |
||
100 |
2090 |
760 |
0 |
Рисунок 1. t-x диаграмма.
Уравнения теплового баланса
Тепло, отданное смесью метанол-вода при конденсации:
- по правилу аддитивности.
Тепло, отданное при охлаждении конденсата смеси этанол-вода:
и а также и берем при температуре кипения смеси 78°C
Общее тепло, отданное смесью метанол-вода:
Определение промежуточной температуры
Температура смеси между зонами конденсации и охлаждения определяется:
или .
Расчет зоны конденсации.
Средний температурный напор в зоне конденсации, в случае смешанного тока, определяем по уравнению:
Так как и
Наметим вариант теплообменного аппарата.
Ориентировочно определим значение площади поверхности теплообмена, полагая Кор=300 Вт/(м2*К).
.
Расчет зоны охлаждения конденсата.
Ориентировочно определим значение площади поверхности теплообмена, полагая Кор=800 Вт/(м2*К).
Определим количество труб на один ход.
где, Re=15000, так как предполагаем, что режим движения жидкости турбулентный
По табл. XXXIV [стр.533,1] примем двухходовой кожухотрубчатый теплообменник КН (ГОСТ 15119-79) с внутренним диаметром кожуха D=1000 мм, числом ходов равным 2, числом труб на один ход 377 ( общее число труб n=754), высотой труб l=3 м.
Уточняем значение коэффициента Рейнольдса:
Следовательно, в трубном пространстве будет обеспеченно турбулентное движение теплоносителя.
Расчет I зоны конденсации.
Определим поверхность теплообмена зоны конденсации.
Определим коэффициент теплопередачи.
Коэффициент теплопередачи:
Рассчитаем термическое сопротивление стенки и загрязнений.
Считаем, что со стороны органической смеси накипь не образуется. Коэффициент теплопроводности стали =16,4 Вт/(м К), коэффициент теплопроводности накипи =2 Вт/(м К).
Значение физических величин, входящих в это уравнение выбираются из таблиц при температуре плёнки конденсата:
где
Определение коэффициента теплоотдачи от конденсирующего пара к изотермической стенке.
при 74,8°C
для турбулентного режима.
(пренебрегаем
Тогда
Коэффициент теплопередачи:
Определим поверхность теплообмена зоны конденсации.
Расчет II зоны охлаждения.
Определим поверхность теплообмена зоны охлаждения.
Определение коэффициента теплоотдачи от стенки трубы к воде в зоне охлаждения
Поскольку охлаждающая вода в процессе теплопередачи не изменяет своего агрегатного состояния и движется с той же скоростью, что и в зоне конденсации, то логично принять, что:
.
Коэффициент теплопередачи:
.
Определение коэффициента теплоотдачи от стенки трубы к воде.
Примем , .