Второе уточнение

Делаем уточненный расчет коэффициента теплоотдачи к воде и пару, учитывая поправку (Pr/Pr_ст)^0,25 и ε_t.

Определим температуру стенки со стороны холодного теплоносителя по формуле[1]:

Проверяем принятое значение:

(Pr/Pr_ст)^0,25

где С_вод – теплоемкость воды при 33,26 ⁰С;

μ_вод – вязкость воды при 33,26 ⁰С;

λ_вод – теплопроводность воды при 33,26 ⁰С.

Физико-химические свойства воды на стенке при 33,26⁰с [2]

Вязкость [2]

Т₁ = 30 μ₁ =800,7·10^-6 Па·с

Т₂ = 34 μ₂ =784·10^-6 Па·с

Теплоемкость [2]

Т₁ = 30 с₁ =4180 Дж/(кг·К)

Т₂ = 40 с₂ =4180 кДж/(кг·К)

Теплопроводность [2]

Т₁ = 30 λ₁ =61,8·10^-2 Вт/(м·К)

Т₂ = 40 λ₂ =63,4·10^-2 Вт/(м·К)

Уточняем критерий Рейнольдса при 33,26 ⁰С:

где z – число ходов;

n – общее число труб;

d_вн – внутренний диаметр;

μ_в – вязкость воды.

Уточняем коэффициент теплоотдачи воды к стенке из следующего уравнения:[1]

где λ_вод – теплопроводность воды при 33,26 ⁰С, Вт/(м·К);

d_вн – внутренний диаметр труб, м;

Re – уточненный критерий Рейнольдса;

Pr_ст – Критерий Прандтля, рассчитанный при температуре стенки;

Pr – критерий Прандтля.

Определяем температуру стенки труб конденсирующейся смеси [1]:

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

Δt_ср – средняя разность температур;

α_конд – коэффициент теплоотдачи;

t_конд – температура конденсации смеси.

Бензол

λ₁ = 0,124 Вт/(м·К) t₁ = 25⁰С

λ₂ = 0,119 Вт/(м·К) t₂ = 60⁰С

λ_б = 0,121 Вт/(м·К)

Толуол

λ₁ = 0,114 Вт/(м·К) t₁ = 30⁰С

λ₂ = 0,108 Вт/(м·К) t₂ = 60⁰С

λ_т = 0,112 Вт/(м·К)

Бензол

μ₁ = 0,56·10^-3 t₁ = 30⁰С

μ ₂ = 0,492·10^-3 t₂ = 60⁰С

μ_б = 0,497·10^-3 мПа·с

Толуол

μ₁ = 0,522·10^-3 t₁ = 30⁰С

μ ₂ = 0,466·10^-3 t₂ = 60⁰С

μ_т = 0,47·10^-3 мПа·с

Находим поправочный коэффициент по формуле [1]:

Определяем фактическую разность температур:

Δt = 80,2-60=20,2 ⁰С

503,68

Определяем коэффициент теплопередачи [1]:

Определяем поверхность теплообмена [1]:

где Q – тепловая нагрузка аппарата, Вт;

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

Δt_ср – средняя разность температур.

При втором уточнении мы получили поверхность теплообмена 24.8 м², а у выбранного нами при первом уточнении теплообмена поверхность равна 23,4 м². Эта поверхность недостаточна, тогда выбираем теплообменник, который мы выбрали при ориентировочном расчете с длинной труб 3м и поверхностью 32 м², который подходит с запасом.

Запас площади поверхности теплообмена:

100-32%

Х-24,8м²,

значит 24,8*100/32=77.5%

100%-77,5=22,5%

Запас площади поверхности теплообмена превышает рабочие условия.

2.3 Расчет гидравлического сопротивления по линии подачи воды

1. Рассчитываем скорость воды в трубах[1]:

где G_в – расход воды, кг/с;

z – число ходов по трубному пространству;

d – диаметр внутренних труб, м;

n – общее число труб;

ρ_в – плотность воды, кг/м³.

2. Определяем коэффициент трения[1]:

где е – относительная шероховатость труб;

Re – критерий Рейнольдса.

3. Рассчитываем скорость воды в штуцерах[1]:

принимаем d_шт –диаметр штуцеров для подачи воды[1,cтр.55]из таблицы штуцеров для нормализованных теплообменников, для нашего дефлегматора d_шт=150мм(0,15м)

где G_в – расход воды, кг/с;

d_ш – диаметр штуцеров для подачи воды, м;

ρ_в – плотность воды, кг/м³.

4. Определяем гидравлическое сопротивление конденсатора[1]:

где λ – коэффициент трения;

L – длина труб, м;

z – число ходов по трубному пространству;

d – внутренний диаметр труб, м;

ω_тр – скорость воды в трубах, м/с;

ρ_в – плотность воды, кг/м³;

ω_ш – скорость воды в штуцерах, м/с.