9. Расчет дефлегматора

9.1 Тепловая нагрузка дефлегматора.

Т.к. агрегатное состояние дистиллята меняется, тепловую нагрузку берут из предыдущих расчетов.

9.2 Расход воды

Дистиллят охлаждается за счет воды, поступающей извне. Принимаем, что вода нагревается от t₁=20⁰С до t₂=40⁰С. Расход оборотной воды определяют из уравнения: /9, с.32/.

где: С_V=4183Дж/кг*С⁰ - теплоемкость оборотной воды.

9.3 Средняя разность температур теплоносителей в дефлегматоре.

Температурная схема дефлегматора:

t

40

20

100 100

F

Рис. 9.1 Изменение температур теплоносителей.

2, то средняя разность температур:

9.4 Ориентировочный выбор теплообменника.

В дефлегматоре дистиллят, как более коррозионная среда, проходит в трубном пространстве, а вода проходит в межтрубном пространстве на пучке вертикальных труб. В соответствии с рекомендациями при вынужденном движении теплоносителей принимают ориентировочное значение коэффициента теплопередачи от воды к органической жидкости /2, с.47, табл. 2,1/ К_ор=900Вт/м²*⁰С. Ориентировочная поверхность теплообмена основного подогревателя составляет:

В соответствии с /2, с.51, табл. 2,3/ поверхность, близкую к ориентировочной, имеет теплообменник с диаметром кожуха D_K=159мм; диаметром труб 25х2мм; числом ходов Z=1; общим числом труб N=13; длиной труб L=1м и поверхностью теплообмена F=1,0м².

9.5 Уточненный расчет поверхности теплообмена дефлегматора.

Линейная скорость движения дистиллята в трубном пространстве выбранного теплообменника:

где:

n=N/z – число труб, приходящееся на один ход трубного пространства;

d=0,021м – внутренний диаметр труб;

ρ­_W=1,038 кг/м³ – плотность дистиллята при его средней температуре.

Критерий Рейнольдса для дистиллята:

где μ_W=0,289*10^-3Па*с – динамический коэффициент вязкости дистиллята при его средней температуре.

Режим течения дистиллята в трубном пространстве переходный. Для расчета коэффициента теплоотдачи воспользуемся формулой Хаузена.

где μ_cn – динамический коэффициент вязкости дистиллята при средней температуре стенки трубы, Па*с.

Критерий Pr_D для дистиллята:

Физические константы, входящие в критерий Прандтля выбирают при средней температуре дистиллята в основном подогревателе.

Критерий Нуссельта для дистиллята:

К оэффициент теплоотдачи со стороны дистиллята

Линейная скорость движения воды в межтрубном пространстве выбранного теплообменника:

где:

n=N/z – число труб, приходящееся на один ход трубного пространства;

d=0,025м – внешний диаметр труб;

ρ_в=996 кг/м³ – плотность воды при её средней температуре.

Критерий Рейнольдса для воды:

Для расчета коэффициента теплоотдачи воспользуемся формулой

Критерий Pr для воды:

Физические константы, входящие в критерий Прандтля выбирают при средней температуре воды в дефлегматоре.

Критерий Нуссельта для оборотной воды:

Коэффициент теплоотдачи со стороны воды:

9.5.1 Определение температуры стенок теплообменной трубы.

Т.К. необходимые для расчета коэффициентов теплоотдачи α_D и αв температуры стенок теплообменной трубы со стороны дистиллята t_стD и со стороны воды t_ст,п не известны, то их определяют методом последовательных приближений. Для определения температуры стенок t_ст,п и t_ст,F рис. 9.2

Дистиллят вода

100 q

30

при установившемся процессе теплообмена используют систему уравнений:

Суммарное термическое сопротивление ∑r стальной стенки и загрязнений на ней равно:

- термическое сопротивление стальной стенки теплообменной трубы.

r_загр.W=2,08*10^-4 - термическое сопротивление загрязнений со стороны кубового остатка.

9.5.2 Первое приближение.

Задаются величиной t_ст,п, которая должна находится в пределах между t_срD=100⁰С и t_ср=30⁰С. Т.К очевидно, что α_в>α_D, t_ст, будет ближе к 100⁰С. Задаются t_ст,п=95⁰С и рассчитывают удельный поток q_п, предварительно определив коэффициент теплоотдачи α_п со стороны оборотной воды:

Константы взяты при средней температуре t_ст,п=95⁰С

Разность температур:

Температура стенки t_ст,D со стороны дистиллята:

Динамический коэффициент вязкости дистиллята при температуре стенки t_ст,D=87.2⁰С.

μ_ст,D=0,332*10^-3Па*с

Коэффициент теплоотдачи со стороны дистиллята:

Удельный тепловой поток:

Средний удельный поток:

Расхождения между значениями тепловых потоков большое, поэтому выполняют второе приближение.

9.5.3 Второе приближение.

Задаются t_ст,п=80⁰С и рассчитывают удельный поток q_п, предварительно определив коэффициент теплоотдачи α_п со стороны воды:

Константы взяты при средней температуре t_ст,п=80⁰С

Разность температур:

Температура стенки t_ст,D со стороны дистиллята:

Динамический коэффициент вязкости дистиллята при температуре стенки

t_ст,D=50⁰С.

μ_ст,D=0,557*10^-3Па*с

Коэффициент теплоотдачи со стороны дистиллята:

Удельный тепловой поток:

Средний удельный поток:

Расхождения между значениями тепловых потоков большое, поэтому выполняют третье приближение.

9.5.4 Третье приближение.

ТАБЛИЦА 9.1

t	qп	qD
80	33,84	12,24
95	8,825	37,62

Зависимость q-t_ст

Рис.9.1 Графическое отображение зависимости q-t_ст.

Точка пересечения прямых q_п и q_D дает значение температуры стенки t_ст,п=86,5⁰С. Принимают эту температуру в качестве исходной для третьего приближения.

Коэффициент теплоотдачи α_п со стороны оборотной воды:

Константы взяты при средней температуре t_ст,п=86,5⁰С

Разность температур:

Температура стенки t_ст,D со стороны дистиллята:

Динамический коэффициент вязкости дистиллята при температуре стенки

t_ст,D=65,8⁰С.

μ_ст,D=0,435*10^-3Па*с

Коэффициент теплоотдачи со стороны дистиллята:

Удельный тепловой поток:

Средний удельный поток:

Отклонение удельного теплового потока от среднего удельного теплового потока:

Что находится в пределах обычной точности технических расчетов.

9.5.5 Определение коэффициента теплопередачи.

Так как отношение d/d_тр=0,021/0,025=0,84>0,5, рассчитываем коэффициент теплопередачи по формуле для плоской стенки:

9.5.6 Необходимая поверхность теплообмена. Выбор теплообменника.

Необходимую поверхность теплообмена определяют по уравнению теплопередачи:

На основании уточняющего расчета в качестве основного подогревателя выбирают /2, с.51, табл.2.3/ кожухотрубный теплообменник с параметрами:

Диаметр кожуха: 159 мм

Диаметр труб: 25х2

Число ходов: 1

Общее число труб:13

Длина труб: 3 м

Номинальная поверхность:3 м²

При этом запас поверхности теплообмена составляет: