Исходные данные

Хладагент – бинарная смесь:

низкокипящий компонент – изопропилбензол (кумол),

высококипящий компонент – фенол.

Молярная доля низкокипящего компонента в смеси .

Массовый расход хладагента .

Начальная температура хладагента .

Конечная температура хладагента по условию равна его температуре кипения.

Теплагент – насыщенный водяной пар.

Температура пара по условию на 30°С выше температуры кипения смеси.

Ориентировочный расчёт Средние температуры теплоносителей и средняя движущая сила процесса теплопередачи.

Данные по парожидкостному равновесию [1, табл. 1509]:

Состав жидкой фазы	Состав газовой фазы	Темпе-ратура
x	y	t
мол. доля	мол. доля	°С
0	0	181,84
0,0196	0,0583	178,0
0,0316	0,105	176,2
0,0583	0,181	173,6
0,0883	0,278	170,1
0,121	0,343	168,5
0,172	0,400	166,6
0,256	0,530	161,6
0,265	0,535	162,0
0,315	0,566	160,7
0,362	0,603	158,9
0,405	0,646	157,0
0,509	0,690	154,7
0,577	0,730	154,0
0,816	0,858	151,8
0,912	0,925	150,8
1	1	150,5

Примечание: мольные проценты, в которых дан состав в справочнике [1], для удобства расчёта переведены в мольные доли.

Температуру кипения смеси, содержащей низкокипящего компонента, находим по графику либо линейной интерполяцией по таблице. Конечная температура хладагента, равная температуре кипения смеси заданного состава, в итоге равна: .

Температура теплагента (насыщенного водяного пара) по условию выше температуры кипения смеси на 30°С. Также в условии указано, что конденсат отводится без охлаждения, то есть имеет ту же температуру, что и пар. Таким образом, температура теплагента неизменна по всей длине теплообменного аппарата и составляет: .

Этой температуре соответствует давление насыщенного водяного пара: [2, табл. LVI; 3, с. 6].

Профиль температур в теплообменнике по длине аппарата:

Средняя движущая сила процесса теплопередачи (средняя логарифмическая разность температур теплоносителей):

.

В том случае, если температура одного из теплоносителей неизменна, средняя по длине аппарата температура второго теплоносителя может быть вычислена через среднюю движущую силу: .

Для сравнения рассчитаем среднюю арифметическую температуру хладагента: .

Тепловая нагрузка теплообменного аппарата и расход теплагента.

Поскольку известен расход нагревающегося хладагента, то тепловая нагрузка теплообменного аппарата при отсутствии тепловых потерь в окружающую среду может быть вычислена как расход тепла на его нагрев:

,

где – средняя интегральная теплоёмкость хладагента, которая с достаточной для инженерных расчётов точностью может быть приравнена к теплоёмкости хладагента при его средней арифметической температуре.

Примечание: Поскольку хладагент представляет собой бинарную смесь, то для расчёта его теплоёмкости необходимы теплоёмкости компонентов: изопропилбензола и фенола, которые отсутствуют в справочниках [2, 3]. Для нахождения физических свойств веществ, отсутствующих в справочниках [2, 3], следует воспользоваться справочниками [4, 5, 6, 7, 8].

Теплоёмкость изопропилбензола (кумола) при средней арифметической температуре хладагента находим линейной интерполяцией по данным [5, с. 355]: .

Теплоёмкость фенола:

[4, с. 760] (температура в справочнике не указана, вероятно, имеется ввиду температура плавления, равная 40,8°С);

[6, с. 217] (при температуре 181,9°С).

Теплоёмкость фенола при средней арифметической температуре хладагента находим линейной интерполяцией по вышеприведённым данным: .

Массовая доля низкокипящего компонента в смеси:

.

Теплоёмкость хладагента при средней арифметической температуре хладагента находим через аддитивность теплоёмкостей компонентов: .

Тепловая нагрузка теплообменника:

.

Удельная теплота фазового перехода (конденсации) насыщенного водяного пара при температуре : [2, табл. LVI; 3, с. 6].

Расход теплагента (греющего пара): .