2. Расчет.

2.1. Исходные данные.

Расход паров (G_конд.) 4,5 т/ч или 1,25 кг/с;

Охлаждаемая смесь паров: бензол – толуол;

Массовая концентрация легколетучего компонента в паре: 98%;

Начальная температура охлаждающей воды: 17,5 .

2.2.1. Свойства конденсируемой паровой смеси и конденсата.

Температура конденсации [1, 3]:

Теплота конденсации паровой смеси [3,стр.342-347]: для расчетной температуры представлены в табл. 1

Таблица 1

Теплота конденсации паровой смеси.

Вещество	Тконд.,	кДж/кг
Бензол Результат	77 87 80,2	399,7 393,3 397,42
Толуол Результат	80 90 80,2	382,2 376,7 381,89

Теплопроводность конденсата [3,344-348] представлена в табл. 2

Таблица 2

Расчёт теплопроводность конденсата

Вещество	Тконд.,	Вт/(м К)
Бензол Результат	80 100 80,2	0,1285 0,1250 0,1283
Толуол Результат	80 100 80,2	0,120 0,116 0,120

Плотность конденсата [2,с.152] представлена в табл. 3

Таблица 3

Расчёт плотности конденсата

Вещество	Тконд.,	кг/м3
Бензол Результат	80 100 80,2	815 793 814,7
Толуол Результат	80 100 80,2	808 788 807,8

Вязкость конденсата [2] представлена в табл.4

Таблица 4

Расчёт вязкости конденсата

Вещество	Тконд.,
Бензол Результат	80 100 80,2	0,316 0,261 0,3155
Толуол Результат	80 100 80,2	0,319 0,271 0,3185

2.2.2 Физико – химические свойства охлаждающей воды при средней температуре

Принимаем температуру воды на выходе из конденсатора равную t_к=30 °С.

Тогда:

t_cp=0.5(t_н+t_к)=0,5(17,5+30)=23,75

Теплопроводность [2]

Т₁ = 20 λ₁ =59,9·10^-2 Вт/(м·К)

Т₂ = 30 λ₂ =61,8·10^-2 Вт/(м·К)

Плотность [2]

Т₁ = 20 ρ₁ =998 кг/м³

Т₂ = 30 ρ₂ =966 кг/м³

Вязкость [2]

Т₁ = 20 μ₁ =1000·10^-6 Па·с

Т₂ = 30 μ₂ =804·10^-6 Па·с

Теплоемкость [2]

Т₁ = 20 с₁ =4,19 кДж/(кг·К)

Т₂ = 30 с₂ =4,18 кДж/(кг·К)

2.2 Расчет и выбор дефлегматора.

Средняя разность температур рассчитывается согласно схеме [2,1.c.66]:

Т_конд =80,2 ⁰С

1. Температурная схема

80,2 - 80,2

17,5 - 30

Δt_б =80,2-17,5=62,7⁰С Δt_м =50,2 ⁰С

2. Средняя температура смеси

t₂ =t₁-t_ср t₂ =80,2-56,3=23,9 ⁰С

3. Расход смеси

G₂ = 4500/3600=1,25 кг/c

V₂ = G₂/ρ₂=1,25/997,6=0,0013 м³/с

4. Расход теплоты на нагрев смеси (при 56,3 ⁰С)

Тепловая нагрузка аппарата [1]:

Q=r_конд∙G_конд=397,42∙1,25=496,8 кВт

5. Ориентировочный расчёт.

Поверхность теплообмена.

Выбор аппарата, расчет коэффициента теплопередачи: в соответствии с табл. 2.2[1стр.47] примем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи

К_мах=300 Вт/(м²·К)

Ориентировочное значение поверхности равно [1]:

6.Определяем расход воды [1]:

где - теплоемкость воды,

7. Задаёмся числом Re=10000 [1]:

Re=

м/c

8. Определяем число труб [1]:

В соответствии с табл. 2.9 [1, стр. 57] примем аппарат со следующими параметрами:

- Диаметр кожуха 600 мм;

- Число ходов 4;

-Общее число труб 180;на один ход 45

- Поверхность теплообмена 32 ;

- Длина труб 3м.

Первое уточнение.

Определяем действительное число Re:

где n – общее число труб;

z – число ходов по трубному пространству;

d_вн – внутренний диаметр труб, м;

μ_в – вязкость воды при 23,75 ⁰С, мПа·с;

G_в – расход воды, кг/с.

Определяем коэффициент теплоотдачи к воде из следующего уравнения [1]:

где - критерий Нуссельта;

- критерий Прандля;

- критерий Прандля рассчитанный при температуре стенки;

где α_вод – коэффициент теплоотдачи к воде, Вт·(м²·К);

λ_вод – теплопроводность воды, Вт/(м·К).

где С_в – теплоемкость воды при 23,75 ⁰С, Дж/(кг·К);

μ_в – вязкость воды при 23,75 ⁰С, МПа·с;

λ_в – теплопроводность воды при 23,75 ⁰С, Вт/(м·К).

Тогда пренебрегая поправкой (Pr/Pr_ст)^0,25

Коэффициент теплопередачи от пара, конденсирующегося на пучке горизонтально расположенных труб, определяем по уравнению [1]:,

где ε_t =0,6 при n>100

λ – теплопроводность конденсата, Вт/(м·К);

μ_конд – вязкость конденсата на поверхности, мПа·с);

ρ_конд – плотность поверхности, кг/м³;

- длина труб;

n-число труб;

G_конд.-расход паров.

=2,04*0,6*0,1282* =1089 Вт/м²К

Сумма теоретических сопротивлений стенки труб и загрязнений со стороны воды и пара вычисляется согласно уравнению [1]:

где - теплопроводность стенки трубы;

и среднее значение тепловой проводимости загрязнений стенок, соответственно со стороны паров конденсата и охлаждающей воды.

Принимаем следующее значение теплопроводностей [2,стр.531]

-

-

Тогда:

Коэффициент теплопередачи рассчитывается по формуле [1]:

Определяем поверхность теплопередачи после первого уточнения:

где Q – тепловая нагрузка аппарата, Вт;

К – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·К);

Δt_ср – средняя разность температур.

F_ор=29,41 м² выбрали F=32 м²

После первого уточнения мы получили поверхность теплообмена равную 23,4 м².

Тогда выбираем с табл.29[1,стр.57]

• Четырехходовой теплообменник (число ходов 4);

• Поверхность теплообмена F =32 м²;

• Общее число труб 180;

• Диаметр кожуха 600 мм;

• Длина труб 3,0 м.