Смекни!
smekni.com

Ректификация (стр. 8 из 13)

Найдем конечную температуру смеси по диаграмме состав-температура (приложение 1), она равна: Tcmk = 60.38 0С (при

).

t, 0С

98

70

60.38

10

F, м2


Найдем среднюю разность температур теплоносителей:

Тогда средние температуры греющей воды и смеси находятся как:


;
.

Далее, зная среднюю температуру, найдем интересующие нас параметры теплоносителей при данной температуре:

Плотность: плотность смеси при данной температуре найдем по формуле (13) и зависимостям плотности компонентов данной смеси от температуры (14а, б):

ацетон:

кг/м3

метанол:

кг/м3

кг/м3.

Плотность воды найдем из экспериментальных данных с помощью интерполяции:

кг/м3.

Вязкость: динамический коэффициент вязкости определяем по аддитивной формуле (17) и зависимостям вязкости компонентов данной смеси от температуры (18а, б):

ацетон:

метанол:

.

Вязкость воды найдем из экспериментальных данных с помощью интерполяции:

.

Теплоемкость:

Теплоемкость смеси найдем по аддитивной формуле:

(49)

где с1и с2 - теплоемкости легколетучего компонента и инертной фазы соответственно,

, которые зависят от температуры и подчиняются зависимостям:

(50а)

(50б)

Тогда получим:

.

Теплоемкость воды найдем из экспериментальных данных с помощью интерполяции:

.

Теплопроводность: теплопроводность найдем по аддитивной формуле:

(51)

где l1 и l2 - теплопроводности легколетучего компонента и инертной фазы соответственно,

, которые зависят от температуры и подчиняются зависимостям:

(52а)

(52б)

Тогда получим:

.

Теплопроводность воды также найдем из экспериментальных данных с помощью интерполяции:

.

Теперь запишем уравнение теплового баланса для теплообменника:

(53)

Из него найдем массовый расход греющей воды:


,
,
.

Для того, чтобы рассчитать величину теплообменной поверхности, необходимо найти коэффициент теплопередачи:

(54)

где

- термические сопротивления стенки и загрязнений соответственно,
; по справочнику

) -

- коэффициенты теплоотдачи теплоносителей (от стенки к смеси и от воды к стенке соответственно,

, находятся по формуле:

(55)

где Nu - критерий Нуссельта, зависит от вида передачи тепла между теплоносителями;

d - характерный размер системы (dвнили dнар), м;

l - коэффициент теплопроводности теплоносителей,

.

Следует отметить, что нахождение коэффициентов теплоотдачи является главной задачей расчета теплообменного аппарата.

Для начала зададим ориентировочное значение Kор (по справочнику [1]), и найдем ориентировочное значение теплообменной поверхности (Kор = 300

):

Получим:

.

Из данной величины следует, что проектируемый теплообменник может быть любым, кроме теплообменника “труба в трубе", так как существуют большие термические напряжения, связанные с большой разностью температур теплоносителей.

Для интенсивного теплообмена попробуем подобрать аппарат с турбулентным режимом течения теплоносителей. Смесь направим в трубное, а воду - в межтрубное пространство.

А) В теплообменных трубах

20*2 мм теплообменников скорость течения смеси при
должна быть более:

.

Проходное сечение трубного пространства при этом должно быть менее:

.

В) В теплообменных трубах

25*2 мм теплообменников скорость течения смеси при
должна быть более:

.

Проходное сечение трубного пространства при этом должно быть менее:

.

Под эти условия подходят одноходовые теплообменники:

20*2 - 159 мм,
25*2 - 159 мм. Однако, учитывая, что поверхность теплообмена одного такого теплообменника мала, то придется использовать несколько последовательно соединенных, что является их существенным недостатком. Поэтому не исключаем применение многоходовых теплообменников и большего диаметра, но одного.

Рассмотрим намеченные теплообменники:

Вариант 1: Кожухотрубчатый теплообменник диаметром 159 мм с трубами

20*2 мм (ГОСТ 15120-79):

Скорости и критерии Рейнольдса теплоносителей:

Смесь:

(56)

где

- проходное сечение трубного пространства; n - число труб; dвн - внутренний диаметр трубы, м.