Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Project

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

13.02.2015

Размер:

424.96 Кб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 23 / 43 4 > Следующая >>>

Расход греющего пара

с учётом 5 % потерь тепла

575 732:5

= 0:271 кг=с:

(4.8)

G1 =

r 0:95 0:95 2237 10

ТРОЛОЛО, написать всё про пар)

Средняя разность температур

tср

tб: tм:

(4.9)

ln tм:!

tб:

Принимая, что пар отводится при температуре конденсации,

= 108:7

20 = 88:7 C

б:

= 108:7

66:74 = 41:96 C

. Итого

м:

88:7 41:96

= 62:44 C:

(4.10)

ср:

88:7

41:96

Запихнуть куда–нибудь в начало: трололо, ориентировочную площадь поверхности

теплопередачи найдём из уравнения Fориент: =

Kориент: tср:

Ориентировочный коэффициент теплопередачи

Kориент: =

;

(4.11)

ст:

1 ориент:

2 ориент:

У всех возможных теплообменников (ССЫЛКУ на стр. 57 и 51 с теми таблицами!) толщина стенки ст: = 0:002 м; среднее значение теплопроводности загрязнений стенок со сто-

роны водяного пара и органических жидкостей r1	= r2	= 5 800	Вт	(ССЫЛКА стр. 531,
роны водяного пара и органических жидкостей r1	= r2	= 5 800	м2 К	(ССЫЛКА стр. 531,
			м2 К		Вт
табл. XXXI), а коэффициент теплопроводности для нержавеющей стали ст: = 17:5
					м К
	Вт			Вт	м К

(ССЫЛКУ стр. 529). Возьмём 1 ориент: = 10 000 м2 К и 2 ориент: = 800 м2 К, тогда

Вт

(4.12)

Kориент: =

= 552:8

;

0:002 1

м2 К

10 000

17:5

5 800

800

Ориентировочная площадь поверхности теплопередачи

575 732:5

Fориент: = 0:95 552:8 62:44 = 17:56 м2: (4.13) Оптимальное отношение числа труб к числу ходов, считая dтруб = 25 2 мм и задаваясь

Re2 = 15 000:

n		4 G2		4 3:5			(4.14)
z	=	dвнутр: Re2 2	=	3:14 0:021 15 000	0:373 10 3	= 37:93;	(4.14)

В соответствии с (табл. на стр. 51, ибо поверхность слишком маленькая), соотношение n=z принимает наиболее близкое к заданному значение у теплообменника с диаметром кожуха D = 325 мм, dтруб = 20 2 мм, числом ходов z = 2 и числом труб n = 90. Наиболее близкую к ориентировочной поверхность имеет нормализованный аппарат с длиной труб L = 4 м и площадью теплообмена F = 22:5 м2.

4.2.1 Поверочный расчёт подогревателя

В выбранном теплообменнике
		n 90							(4.15)
					=		= 45:
			z		=	2	= 45:
Действительное
	4 G2 z						4 3:5 2		(4.16)
Re2 =	dвнутр: n 2	=		3:14 0:016 90 0:373 10 3				= 16 594;	(4.16)

Для нормального расчёта коэффициентов теплоотдачи нужно кучу всего: (% ОТШЛИФОВАТЬ ЭТО ПОТОМ!!!) ТРОЛОЛО

Nu = 0:023 Re0:8 P r0:4				0:25			;	(4.17)
						P rст:!
						P r
P rсмеси =	Cсмеси смеcи	=	1953:8	0:373 10 3			= 5:033;	(4.18)

	смеси
				0:1448
	2 =	Nu смеси			;			(4.19)
		dвнутр:

для упрощения расчётов и создания небольшо запаса можно принять (ССЫЛКУ стр. 152),

что	P rст:!	0:25
что	P rст:!	1,
	P r
			0:8	0:4			Вт
			0:023 (16 594) (5:033)		0:1448		Вт			(4.20)
		2 =	0:023 (16 594) (5:033)		0:1448	= 944:21			;
		2 =	0:016			= 944:21	м2		;
			0:016				м2	К

Для конденсации на пучке n вертикальных труб с наружным диаметром d среднее значение коэффициента теплоотдачи (ССЫЛКУ, стр. 161)

1	= 3:78 "T	s	2			G	1			;	(4.21)
		3				наруж:

где значения величин ; ; берут при tконд:. Полагая для водяного пара "T = 1,

1	= 3:78 68:5 10 2	s				м2	К:	(4.22)
1	= 3:78 68:5 10 2	s	260	10 6	0:271 = 7380	м2	К:	(4.22)
		3	9522	0:020 90		Вт

(ССЫЛКУ, откуда взяты данные по пару) Действительный коэффициент теплопередачи

Вт

(4.23)

K =

= 604:7

1 0:002 1

м2 К

7380

17:5

5 800

944:21

Требуемая поверхность теплопередачи
F =		575 732:5		= 16:05 м2	:	(4.24)


0:95		604:7 62:44
Запас поверхности у выбранного теплообменника
=	22:5 16:05		100% = 40 %:			(4.25)
		16:05

Конечно, 40% это гигантский запас, но в данном случае это наиболее оптимальный вариант, ибо никакой другой теплообменник из табл. 2.3 (ССЫЛКУ стр. 51) не обеспечивает надёжного запаса при относительно малой массе. По черновым расчётам было видно, что следующий хороший запас в 30% обеспечивает теплообменник с диаметром кожуха D = 400 мм, dтруб = 25 2 мм, числом ходов z = 2 и числом труб n = 100. С запасом 30% у него площадь теплообмена F = 31 м2 при длине труб L = 4 м, а весит он (ССЫЛКУ табл. 2.8 стр. 56) 1 260 кг, выбранный же теплообменник при запасе поверхности в 40% весит 890 кг. Отсюда чётко видно, что при всём богатстве выбора табл. 2.3 (ССЫЛКУ стр. 51), более оптимальной альтернативы нет.

4.3Расчёт кипятильника

ТРОЛОЛО!

Тепловой баланс

(4.26)

Qкип: = P (R + 1) rP

+ P

CP tP

+ W CW

F CF tF + Qпотерь

Данные CF ; CP ; CW рассчитываются для каждого состава при конкретной tкип

:. По t –x–y

диаграмме,трололо, (ссылка стр. 562) или ещё что–нибудь,

Для исходной смеси:

CF = Cацетона xацетона + Cбензола xбензола =

Дж

= 4:19 103 (0:56 0:33 + 0:45 0:67) = 2038

;

(4.27)

аналогично для дистиллята:

кг К

CP = 4:19 103 (0:55 0:98 + 0:44

Дж

(4.28)

0:02) = 2295:3

;

кг К

и для кубового остатка:

CW = 4:19 103 (0:57 0:012 + 0:47

Дж

(4.29)

0:988) = 1974:33

кг К

Удельная теплота парообразования дистиллята (ССЫЛКА стр. 541)

rP = rацетона xацетона + rбензола xбензола =

(4.30)

= 522:3 0:33 + 410:7 0:67 = 447:53 кДж=кг;

Зная это, можем рассчитать тепловой баланс:

Qкип: = 1:15 (3:75 + 1) 447:53 103 + 1:15 2295:3 56:73 + 2:35 1974:33 79:6

(4.31)

3:5 2038 66:74 = 2 487 924 Вт = 2:488 МВт:

Потери 5% тепла заложим чуть позже при расчёте площади поверхности теплопередачи и расхода греющего пара.

Средняя разность температур

Tср: = tпара tкип

: W = 108:7 79:64 = 29:06 C:

(4.32)

Расход греющего пара

Q2 487 924

G1 =		=		= 1:17 кг=с:	(4.33)
			3
	rпара		0:95 2237 10

Ориентировочный коэффициент теплопередачи

Kориент: =

;

(4.34)

ст:

1 ориент:

2 ориент:

Вт

роны водяного пара и органических жидкостей r1 = r2 = 5 800

(ССЫЛКА стр. 531,

м2

Вт

табл. XXXI), а коэффициент теплопроводности для нержавеющей стали ст:

= 17:5

м К

(ССЫЛКУ стр. 529).

Вт

Возьмём 1 ориент:

= 10 000

и 2 ориент: = 1 000

, тогда

м2 К

Вт

(4.35)

Kориент:

= 641:4

;

0:002

м2 К

10 000

17:5

5 800

1 000

Ориентировочная площадь поверхности теплопередачи

Fориент: =

2 487 924

= 140:5 м2:

(4.36)

641:4 29:06

0:95

Kориент: tср

В соответствии с (табл. 2.9 на стр. 57), принимает наиболее близкое к заданному значение у теплообменника с диаметром кожуха D = 1 000 мм, dтруб = 25 2 мм, одноходового и с числом труб n = 747. Наиболее близкую к ориентировочной поверхность имеет нормализованный аппарат с длиной труб L = 3 м и площадью теплообмена F = 176 м2.

4.3.1Поверочный расчёт кипятильника

В качестве первого приближения примем ориентировочное значение удельной тепловой нагрузки

	Q	2 487 924				Вт		(4.37)
q =			=		= 14 880		:
	Fориент:	0:95		176 0:95		м2

Для определения коэффициента теплоотдачи от пара, конденсирующегося на наружной поверхности труб высотой H используется формула

1	= 1:21 1	s				;	(4.38)
1	= 1:21 1	s	1	H	q A q 1=3	;	(4.38)
		3 12		r1	g

Коэффициент теплоотдачи кипящей в трубах жидкости определим по формуле


	21:3 p				пара0:06	q0:6
				2				0:6		(4.39)
2 = 780							B q		:
	p		r20:6 C20:3			20:3
		2

Подставляя в основное уравнение теплопередачи и аддитивности термических сопротивлений (4.11) выражения для 1 и 2, получим одно уравнение относительно неизвестного удельного теплового потока:

f(q) = qA +		X !		q +	B tср	: = 0:	(4.40)
4=3					q0:4

Решая это уравнение каким–либо численным или графическим методом (% В Mathematica, как все нормальные люди, или в MathCAD, как чуть более ленивые люди), можно определить требуемую поверхность теплопередачи.

Для определения f(q1) необходимо рассчитать коэффициенты A и B (% те, что сидели на трубе :-) как же хочется спать...):

A = 1:21 68:5 10 2 s

952

260

10 6

= 2:4396 105

;

(4.41)

2 2237 103

9:81

Данные для пара взяты отсюда (табл. XXXIX стр. 537).

0:13211:3 p

2:6850:06

B = 780

814:1

= 5:894 ;

(4.42)

(395:33 103)0:6 1974:330:3 (0:3147 10 3)0:3

21:26 10 3

Как–то надо это скомпоновать более логично! И сверстать нормально)

Найдём моральные силы найдём кучу недостающих данных для этой смеси, ведь мир рухнет, если никто не сумеет разделить ацетон и бензол из их смеси!

Итак, для начала при tкип:,

Теплопроводность кубового остатка

Вт

По рис. X(ССЫЛКУ! стр. 561) ацетона = 0:133 1:163 = 0:155 м К; бензола = 0:113

Вт

1:163 = 0:132 м К;

смеси = ацетона xацетона + бензола xбензола 0:72 ( ацетона бензола) xацетона xбензола =

= 0:155 0:012 + 0:132 0:988 0:72 (0:155 0:132) 0:012

0:988 = 0:1321

Вт

(4.43)

м К

Плотность кубового остатка

xацетона

xбензола

0:012

0:988

(4.44)

;

смеси

ацетона

бензола

719:5

815:4

отсюда смеси = 814:1 кг=м3.

Плотность паров над кипящей жидкостью
	=		M0 T	;	(4.45)
			22:4 (T + t )
Средняя молярная масса паров в кипятильнике:
MW0 = Mацетона yW + Mбензола (1 yW ) =					(4.46)
	= 58 0:0161 + 78 (1 0:0161) = 77:68 г=моль;
y верх: =		77:68 273		= 2:685 кг=м3:	(4.47)
		(273 + 79:64)
22:4
Поверхностное натяжение
смеси = xацетона ацетона + xбензола бензола =					(4.48)
	= 0:0161 16:3 + 0:9839 21:34 = 21:26 10 3 Н =м:
Удельная теплота парообразования исходной смеси:
по данным (ССЫЛКУ стр. 541),
rW = rацетона xацетона + rбензола xбензола =					(4.49)
	= 496:96 0:012 + 394:1 0:988 = 395:33 кДж=кг;
Вязкость кубового остатка
lg смеси = xацетона lg ацетона + xбензола lg бензола;					(4.50)
lg W = 0:0161 lg 0:201 10 3 + 0:9839 lg 0:317 10 3 =					(4.51)
			= 0:502; ) W = 0:3147 10 3 Па с:

Итак, приступаем к давно ожидаемому:

У данного теплообменника толщина стенки ст: = 0:002 м; среднее значение теплопроводности загрязнений стенок со стороны водяного пара и органических жидкостей

Вт

r1 = r2

= 5 800

(ССЫЛКА стр. 531, табл. XXXI), а коэффициент теплопроводно-

м2

Вт

сти для нержавеющей стали ст:

= 17:5

(ССЫЛКУ стр. 529).

м К

:002

м К

= 4:591 10 4

(4.52)

17:5

5 800

Вт

Тогда

14 8804=3

+ 4:591 10 4

14 8800:4

(4.53)

f(q1) =

14 880 +

29:06 = 12:810:

2:4396 105

5:894

Вт


Примем второе значение q2 = 35 000				, получим:
			м2
35 0004=3		+ 4:591 10 4 35 000 +			35 0000:4		29:06 = 2:8499:	(4.54)
f(q2) =
	2:4396 105					5:894

Третье значение q3 определим в точке пересечения с осью абцисс хорды, проведённой из точки (14 880; 12:810) в точку 2 (35 000; 2:8499) сечения с осью абцисс хорды, проведённой из точки 1 для зависимости f(q) от q:

q2 q1

35 000 14 880

Вт

q3 = q2

f(q2) f(q1)

f(q2) = 35 000

2:8499 ( 12:810)

2:8499 = 31 338:4

м2

; (4.55)

31 338:44=3

+ 4:591 10 4

31 338:4 +

31 338:40:4

29:06 = 0:04:

(4.56)

f(q3) =

2:4396 105

5:894

Такую точность определения корня уравнения (4.40) можно считать достаточной, и q = 31 338:4 Вт=м2 можно считать истинной удельной тепловой нагрузкой. Тогда требуемая поверхность теплоотдачи составит

F =	2 487 924		= 83:57 м2	:	(4.57)


	0:95 31 338:4
В выбранном теплообменнике запас поверхности
176 83:57		100% = 110:6%:			(4.58)
=	83:57

Запас, конечно, вешь хорошая и нужная, но всё должно быть в меру. Т. к. что инженеру хорошо, то продавцу смерть, и имеет смысл подобор теплообменника с более жизненным запасом поверхности. Поэтому снова внимательно смотрим в табл. 2.9 (ССЫЛКУ, стр. 57) и, после раздумий, выбираем уже другой теплообменник, с диаметром кожуха D = 800 мм, dтруб = 25 2 мм, одноходового и с числом труб n = 465. Ближе всего к необходимой поверхность у аппарата с с длиной труб L = 3 м, и площадью теплообмена F = 109 м2. Для этого варианта все расчитанные параметры останутся прежними, т. к. длина труб совпадает с предыдущем теплообменником, таким образом можно сразу смотреть запас поверхности:

=	109 83:57	100% = 30:43%:	(4.59)
	83:57

Этого запаса вполне хватит, принимаем этот вариант кипятильника как окончательный, оптимальный, и экономящий много металла.

4.4Расчёт дефлегматора

ТРОЛОЛОЛИЩЕ ССВ! Обосновать выбор температур охлаждающей оборотной воды! Типа, летом нынче

такой леденящий душу. . . кхм, что пофиг на 35, ибо хоть 30, всё равно температура воздуха больше 35, а в остальное время года отл.! :-) Тем более это время года длится не столь долго, в такие времена инженеры всё равно подключают теплообменники к водопроводу, или к холодным водам Финского залива. К тому же в этой стране снег может в июле выпасть, а вы что–то говорите про градирни)

И ещё (при необходимости) допилить, что принимается полная конденсация паров в дефлегматоре!

Тепловая нагрузка

				(4.60)
Qдефлегматора = P (R + 1) rP = Gводы Cводы (tH2O конеч:			tH2O нач:) + Qпотерь;	(4.60)
Для дистиллята по t –x–y диаграмме, tкип	: P	= 56:73 C, при этой температуре свойства
дистиллята:
Удельная теплота конденсации
по данным (ССЫЛКУ стр. 541),
rP = rацетона xацетона + rбензола xбензола =				(4.61)
= 522:34 0:98 + 410:73 0:02 = 520:11 кДж=кг;				(4.61)

И сразу тут же рассчитаем другие необходимые данные дистиллята:

Теплопроводность дистиллята

По рис. X(ССЫЛКУ! стр. 561)

Вт

ацетона = 0:137 1:163 = 0:160 м К;

Вт

бензола = 0:119 1:163 = 0:139 м К;

смеси = ацетона xацетона + бензола xбензола 0:72 ( ацетона бензола) xацетона xбензола =

= 0:160 0:98 + 0:139 0:02 0:72 (0:160 0:139) 0:98 0:02 = 0:1593

Вт

(4.62)

м К

Плотность дистиллята

xацетона

xбензола

0:98

0:02

;

(4.63)

ацетона

бензола

смеси

749:6

818:8

отсюда смеси = 750:9 кг=м3.

Вязкость дистиллята

lg смеси = xацетона lg ацетона + xбензола lg бензола;

(4.64)

lg P = 0:9851 lg 0:235 10 3 + 0:0149 lg 0:405 10 3 =

(4.65)

= 0:6254; ) P = 0:237 10 3 Па с:

Теперь со спокойной совестью пойдём дальше:

итого

rP = 1:15

(4.66)

Qдефлегматора = P (R + 1)

(3:75 + 1) 520:11 10 = 2 841 101 Вт:

Потери 5% тепла учтём позже при дальнейших расчётах.

Расход охлаждающей воды

ТРОЛОЛО про её температуру.

Из уранения теплового баланса

Q 1:05

2 841 101 1:05

G2 =

= 71:2 кг=с:

CH2O (35 25)

4190 (35 25)

Средняя разность температур

= 56:73

25 = 31:73 C

= 56:73

35 = 21:73 C

. Итого

б:

м:

tб: tм:

31:73 21:73

= 26:42 C:

ср:

ln tм:!

ln 21:73!

tб

31:73

(4.67)

(4.68)

Ориентировочный коэффициент теплопередачи

Kориент: =

;

(4.69)

ст:

1 ориент:

2 ориент:

У всех возможных теплообменников (ССЫЛКУ на стр. 57 и 51 с теми таблицами!) толщина стенки ст: = 0:002 м; коэффициент теплопроводности для нержавеющей стали

Вт

ст: = 17:5 м К (ССЫЛКУ стр. 529). Среднее значение теплопроводности загрязнений

Вт

стенок со стороны насыщенных паров органических веществ r1 = 11 600 м2 К, а со сто-

роны нагревающейся воды она зависит от её качества. Вода может быть (ССЫЛКА стр. 531, табл. XXXI) дистиллированной (хорошо бы), очищенной, хорошего качества, среднего качества и загрязнённой, ещё непойми что есть вода из водопровода. Т. к. наша колонна расчитывается для эксплуатации в России (или на территории бывшего СССР, что ничуть не лучше), то будет целесообразно с запасом считать, что вода где–то между средним и

Вт

хорошим качеством, поэтому примем r2 = 2 900

. Возьмём 1 ориент:

= 1 000

м2 К

и 2 ориент: = 5 000

Вт

, тогда

м2

м2 К

Kориент: =

= 572:96

Вт

;

(4.70)

1 0:002

м2 К

1 000

17:5

11 600

2 900

5 000

Ориентировочная площадь поверхности теплопередачи

Fориент: =

2 841 101 1:05

= 197 м2:

(4.71)

572:96 26:42

При средней температуре охлаждающей воды в

35+25

= 30 C, вязкость воды 0:8007

10 3 Па с. Также при этой температуре H2O = 0:53

1:163 = 0:62

Вт

по рис. X

(ССЫЛКУ стр. 561).

Оптимальное отношение числа труб к числу ходов, считая dтруб = 25 2 мм и задаваясь

Re2 = 15 000:

n		4 G2		4 71:2			(4.72)
z	=	dвнутр: Re2 2	=	3:14 0:021 15 000	0:8007 10 3	= 359:4:	(4.72)

В соответствии с (табл. 2.9 на стр. 57), соотношение n=z принимает наиболее близкое к заданному значение у теплообменника с диаметром кожуха D = 800 мм, dтруб = 20 2 мм, числом ходов z = 2 и числом труб n = 690. Наиболее близкую к ориентировочной поверхность имеет нормализованный аппарат с длиной труб L = 6 м и площадью теплообмена

F = 260 м2.

4.4.1Поверочный расчёт дефлегматора

В выбранном теплообменнике
			n			690			(4.73)
					=		= 345:
			z		=	2	= 345:
Действительное
	4 G2 z						4 71:2 2		(4.74)
Re2 =	dвнутр: n 2	=		3:14 0:016 690 0:8007 10 3				= 20 511;	(4.74)

Для нормального расчёта коэффициентов теплоотдачи нужно кучу всего: (% ОТШЛИФОВАТЬ ЭТО ПОТОМ!!!) ТРОЛОЛО

				0:25				(4.75)
Nu = 0:023 Re0:8 P r0:4 P rст:!							;	(4.75)
						P r
P rH2O =	CH2O H2O	=		4190 0:8007 10 3			= 5:411;	(4.76)
	H2O			0:62
	2 =		Nu смеси		;			(4.77)
				dвнутр:

для упрощения расчётов и создания небольшо запаса можно принять (ССЫЛКУ стр.

!0:25

152), что

P r

P rст:

0:8

0:4

Вт

0:023 (20 511) (5:411)

0:62

(4.78)

= 4930:6

;

0:016

м2

Для конденсации на пучке n вертикальных труб с наружным диаметром d, среднее значение коэффициента теплоотдачи (ССЫЛКУ, стр. 53):

1	= 3:78	s	2			G	1			;	(4.79)
		3				наруж:

где значения величин ; ; берут при tконд:, эти значения были расчитанны ранее;

1 = 3:78 0:1593	3	750:92	0:020 690		Вт		(4.80)
1 = 3:78 0:1593		0:237 10 3	1:15 (3:75 + 1)	= 1044:4	м2 К	:	(4.80)

<<< < Предыдущая 1 23 / 43 4 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
18.09.2019208.9 Кб2praktik_progr.doc
#
13.02.2015438.47 Кб11Primer_raschyota_kursovoy.pdf
#
13.02.2015490.5 Кб96PROEKT.doc
#
13.02.2015251.9 Кб15progist.doc
#
13.08.201982.43 Кб3programma-2012.doc
#
13.02.2015424.96 Кб8Project.pdf
#
02.12.2018227.84 Кб0psihologia.doc
#
22.09.2019334.85 Кб0pur.doc
#
13.02.2015151.04 Кб39Rastvorimost_gazov.doc
#
13.02.2015109.59 Кб32reaction.pdf
#
13.02.2015118.73 Кб35rehcjdfz gj [bvbb.docx