4. Тепловые расчеты

1. Расчет дефлегматора

В качестве охлаждающего агента будет использоваться вода, начальная температура воды на входе в дефлегматор – 10°С, конечная температура воды на выходе из дефлегматора – 25°С.

Физико-химические характеристики воды при средней температуре 17,5 ^оС:

теплоемкость воды с₂ = 4,18 кДж/(кг ∙ К),

вязкость воды ₂ = 1,07 ∙ 10^-3 Пас,

коэффициент теплопроводности ₂ = 0,590 Вт/(м ∙ К).

Физико-химические характеристики пара и конденсата при температуре 76,18 ^оС:

плотность конденсата ₁ = 1338,5 кг/м³,

₁–вязкость конденсата – 1,16 ∙ 10^-5 Па·с.

Тепловая нагрузка дефлегматора:

Q= P(R+1) ∙ r_см = 2,476∙(2,742+1)∙212,6∙10³ = 1,97∙10⁶ Вт

Расход воды считаем по формуле:

кг/с

Средняя разность температур:

^оС

Ориентировочно принимаем значение коэффициента теплопередачи К_ор=600 Вт/(м·К). Тогда ориентировчное значение поверхности теплопередачи:

м²

Пусть Re = 15∙10³, d_тр = 25х2 мм

где n – общее число труб, z – число ходов.

Уточненный расчет.

D_кож. = 600 мм, d_тр = 25х2 мм, l = 6 м, F = 113 м².

Действительное число Re:

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи от пара, конденсирующегося на пучке горизонтально расположенных труб:

В процессе теплопередачи охлаждающая вода в трубках нагревается, поэтому при расчете коэффициента теплоотдачи от стенок к воде отношение (Pr/Pr_cт) ^0,.62 можно не учитывать, тогда поверхность теплопередачи будет рассчитана с некоторым запасом.

Сумма термических сопротивлений стенки труб из нержавеющей стали и загрязнений со стороны воды и пара равна:

Коэффициент теплопередачи:

Требуемая поверхность теплопередачи:

Таким образом, выбранный теплообменник обеспечивает необходимую поверхность теплопередачи.

2. Расчет холодильника дистиллята

В холодильник из дефлегматора подается поток дистиллята с температурой 75,93 °С, который охлаждается до 30°С. В качестве охлаждающего агента будет использоваться вода, начальная температура воды на входе – 10°С, конечная температура воды на выходе – 25°С.

Для учета отличия средней разности температур в двухходовом теплообменнике от среднелогарифмической рассчитаем поправку, учитывающую сложный ток теплоносителей:

;

;

Исходные данные
Величина	Значение	Размерность
Теплопроводность теплоносителя в трубах	0,59	Вт/(м ∙ К)
Плотность теплоносителя в трубах	974	кг/м3
Вязкость теплоносителя в трубах	0,00038	Па∙с
Теплоемкость теплоносителя в трубах	4180	Дж/(кг ∙ К)
Коэффициент объемного расширения	0,00061	1/К
Массовый расход теплоносителя в трубах	1,566	кг/с
Теплопроводность теплоносителя в межтрубном пр–ве	0,0861	Вт/(м ∙ К)
Вязкость теплоносителя в межтрубном пр–ве	0,000466	Па∙с
Теплоемкость теплоносителя в межтрубном пр–ве	863,38	Дж/(кг ∙ К)
Массовый расход теплоносителя в межтрубном пр–ве	2,476	кг/с
Среднелогарифмическая разность температур	33,1	˚С
Сумма термических сопротивлений стенки труб и загрязнений	0,0006321	м2 ∙К/Вт
Тепловая нагрузка	98190	Вт
Наружный диаметр труб	0,025	м
Число ходов по трубному пространству	2	шт.
Коэффициент, учитывающий снижение средней движущей силы при смешанном токе	0,877	–
Число труб	56	шт.
Площадь наиболее узкого сечения потока в межтрубном пр–ве	0,013	м2
Результаты расчета холодильника дистиллята на компьютере
Коэффициент теплоотдачи в трубном пространстве	1236,39	Вт/(м2 ∙ К)
Коэффициент теплоотдачи в межтрубном пространстве	366,39	Вт/(м2 ∙ К)
Коэффициент теплопередачи	239,79	Вт/(м2 ∙ К)
Число Re в трубном пространстве	8923,6	–
Число Re в межтрубном пространстве	10217,9	–
Поверхность теплообмена	14,11	м2