Подробный расчет дефлегматора

2.5 Подробный расчет дефлегматора

В данном разделе подробно рассчитаем один из теплообменников – дефлегматор, выбранный в ориентировочном расчете.

Дефлегматор-аппарат, предназначенный для конденсации паров и подачи флегмы в колонну, представляет собой кожухотрубчатый теплообменник, в межтрубном пространстве, которого обычно конденсируется пары, а в трубах движется охлаждающий агент – вода.

В качестве хладагента используем воду среднего качества со средним значением тепловой проводимости загрязнений стенок , а тепловая проводимость загрязнений стенок органическими парами .

Толщину слоя загрязнения примем равной 2мм. В качестве материала труб выберем нержавеющую сталь с коэффициентом теплопроводности .

Тогда термическое сопротивление загрязнений труб

Расчет коэффициентов теплоотдачи.

Исходные данные: , t_D=56 ^ْC, t_2ср=29.32 ^ْC, , дефлегматор с внутренним диаметром кожуха D=1000 мм, числом труб n=1072, длиной труб l=4м, проходным сечением одного хода S_т=5.1^.10^-2м и числом рядов труб n_р=34, в среднем по 31-32 трубе в ряду.

1. Задаемся температурой стенки  ^ْC

Тогда

Δt=t_D-t_ст1=56-45=11 ^ْC

t_пл=(t_кон+t_ст1)/2=(56+45)/2=50.5 ^ْC

Далее необходимо определить поверхностные плотности теплового потока и сопоставить их, если разница между ними будет меньше 5 %, то можно считать, что процесс установившийся и температура стенки подобранна правильно.

,

где - коэффициенты теплоотдачи от стенки 1 и 2;

,

где =0,55- множитель, учитывающий влияние числа труб по вертикали;

теплопроводность смеси, Вт/(м^.К);

-плотность смеси, кг/м³;

теплота конденсации, Дж/кг;

- скорость свободного падения, м/с;

-вязкость смеси, мПа^.с;

- наружный диаметр труб, м.

Коэффициент  может быть существенным для вязких конденсатов, а для воды в первом приближении его не учитывают.

Определим теплопроводность, плотность, вязкость при определяющей температуре t=50.5 ^ْC и теплоту конденсации при температуре конденсации:

кДж/кг

где  - теплоты испарения ацетона и четыреххлористого углерода,.

,

где исходные данные: A₁ =72.18; t _1кр=235.1; A₂=25.64; t_2кр=283.4

;

 .

мПа^.с

 мПа^.с

 

 кг/м³

 кг/м³

 кг/м³

 Вт/мК

 Вт/мК

Тогда

Тогда поверхностная плотность теплового потока первой стенки определим по формуле:

Примем что

Определим температуру второй стенки по формуле:

Определим коэффициент теплопроводности для воды при t=29.32 ^ْC с помощью интерполяции справочных данных:

Аналогично определим коэффициент теплопроводности для воды при t=34.23 ^ْC:

Определим вязкость жидкости для воды при t=29.32 ^ْC с помощью интерполяции справочных данных:

Па

Аналогично определим вязкость воды при t=34.23 ^ْC:

Па

Определим теплоемкость воды t=29.32 ^ْC с помощью интерполяции справочных данных:

Аналогично определим теплоемкость воды при t=34.23 ^ْC:

Определим критерий Рейнольдса по формуле:

,

где - вязкость смеси, Па^.с;

G- расход воды, кг/с;

z- число ходов, z=4;

d- внутренний диаметр труб, м;

N_тр- количество труб.

Определим критерий Прандтля для потока и стенки при температурах t_ср=29.32ْС, t_ст=34.23ْС:

,

где с- теплоемкость воды, Дж/кгК;

теплопроводность воды, Вт/(м^.К);

-вязкость воды, мПа^.с.

Определим критерий Нуссельта по формуле:

Зная критерий Нуссельта, определим коэффициент теплоотдачи второй стенки по формуле:

Тогда

Тогда поверхностная плотность теплового потока первой стенки определим по формуле:

Сопоставим q₁ и q₂, т разность выразим в процентах:

Выбранная температура стенки наугад не подходит.

2. Выбираем новую температуру стенки t_ст1=44ْС и проводим расчеты аналогично расчетам при температуре стенки  ^ْC

Тогда

Δt=t_D-t_ст1=56-44=12 ^ْC

t_пл=(t_кон+t_ст1)/2=(56+44)/2=50 ^ْC

Необходимо определить поверхностные плотности теплового потока и сопоставить их, если разница между ними будет меньше 5 %, то можно считать, что процесс установившийся и температура стенки подобранна правильно.

,

где - коэффициенты теплоотдачи от стенки 1 и 2;

,

где =0,55- множитель, учитывающий влияние числа труб по вертикали;

теплопроводность смеси, Вт/(м^.К);

-плотность смеси, кг/м³;

теплота конденсации, Дж/кг;

- скорость свободного падения, м/с;

-вязкость смеси, мПа^.с;

- наружный диаметр труб, м.

Коэффициент  может быть существенным для вязких конденсатов, а для воды его не учитывают.

Определим теплопроводность, плотность, вязкость при определяющей температуре t=50 ^ْC и теплоту конденсации при температуре конденсации:

кДж/кг

где  - теплоты испарения ацетона и четыреххлористого углерода,.

,

где исходные данные: A₁ =72.18; t _1кр=235.1; A₂=25.64; t_2кр=283.4

;

 .

мПа^.с

 мПа^.с

 

 кг/м³

 кг/м³

 кг/м³

 Вт/мК

 Вт/мК

Тогда

Тогда поверхностная плотность теплового потока первой стенки определим по формуле:

Примем, что

Определим температуру второй стенки по формуле:

Определим коэффициент теплопроводности для воды при t=29.32 ^ْC с помощью интерполяции справочных данных:

Аналогично определим коэффициент теплопроводности для воды при t=32.5 ^ْC:

Определим вязкость жидкости для воды при t=29.32 ^ْC с помощью интерполяции справочных данных:

Па

Аналогично определим вязкость воды при t=32.5 ^ْC:

Па

Определим теплоемкость воды t=29.32 ^ْC с помощью интерполяции справочных данных:

Аналогично определим теплоемкость воды при t=32.5 ^ْC:

Определим критерий Рейнольдса по формуле:

,

где - вязкость смеси, Па^.с;

G- расход воды, кг/с;

z- число ходов, z=4;

d- внутренний диаметр труб, м;

N_тр- количество труб.

Определим критерий Прандтля для потока и стенки при температурах t_ср=29.32ْС, t_ст=32.5ْС:

,

где с- теплоемкость воды, Дж/кгК;

теплопроводность воды, Вт/(м^.К);

-вязкость воды, мПа^.с.

Определим критерий Нуссельта по формуле:

Зная критерий Нуссельта, определим коэффициент теплоотдачи второй стенки по формуле:

Тогда

Тогда поверхностная плотность теплового потока первой стенки определим по формуле:

Сопоставим q₁ и q₂, т разность выразим в процентах:

Выбранная температура стенки наугад не подходит.