Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Project

.pdf
Скачиваний:
8
Добавлен:
13.02.2015
Размер:
424.96 Кб
Скачать

Действительный коэффициент теплопередачи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

Вт

(4.81)

K =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 586:3

 

:

1

0:002

1

 

1

1

м2 К

 

 

1044:4

+

17:5

+

11 600

+

2 900

+

4930:6

 

 

 

 

Требуемая поверхность теплопередачи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F =

2 841 101 1:05

 

= 192:6 м2

:

 

 

(4.82)

 

 

 

 

586:3 26:42

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Запас поверхности у выбранного теплообменника

 

 

 

 

 

 

 

 

=

260 192:6

100% = 35 %:

(4.83)

 

 

 

 

192:6

 

Опять же, как и в случае с подогревателем исходной смеси, этот вариант, несмотря на большой запас, будет наиболее оптимальным как по простотое конструкции, так и по эксплуатационным качествам, ну и по экономии металла. Выбранный теплообменник весит до 5 950 кг (ССЫЛКА стр. 56), в то же время в качестве дефлегматора, по предварительным расчётам, подходит теплообменник с диаметром кожуха D = 1 000 мм, трубами dтруб = 25 2 мм, числом ходов z = 2 и числом труб n = 718, длина труб L = 6 м, площадью теплообмена F = 226 м2. У него запас поверхности = 16%, но весит он 6 100 кг. Поэтому оптимальнее будет оставить выбор теплообменника с большим запасом поверхности и меньшим весом.

4.5Расчёт холодильника дистиллята

ТРОЛОЛО

Тепловая нагрузка

 

 

 

 

(4.84)

Q = P

CP (tP

30) = GH2O CH2O (tконеч: H2O

tнач: H2O) + Qпотерь:

Темпратуры оборотной воды уже выбрали при расчёте дефлегматора, для начальной

25 C, а для конечной 35 C. При средней температуре дистиллята t = 56:73+30 = 43:37 C,

ср: 2

Теплоёмкость дистиллята

CP = Cацетона xацетона + Cбензола xбензола =

 

 

 

 

 

 

 

Дж

 

 

 

 

= 4:19 103

(0:54 0:98 + 0:43 0:02) = 2253:4

;

(4.85)

 

 

кг К

данные взяты отсюда (ССЫЛКУ сюда! Романков, стр. 562, рис. XI).

 

 

 

Плотность дистиллята:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

=

xацетона

+

xбензола

=

0:98

+

0:02

;

 

 

(4.86)

 

 

ацетона

бензола

 

 

 

 

 

 

смеси

 

 

764:26

854:26

 

 

 

отсюда смеси = 765:9 кг=м3.

30

Вязкость дистиллята:

lg смеси = xацетона lg ацетона + xбензола lg бензола =

= 0:9851 lg(0:2605 10 3)+0:0149 lg(0:473 10 3) = 0:5803; ) смеси = 0:263 10 3 Па с:

(4.87)

Теплопроводность дистиллята: по рис. X(ССЫЛКУ! стр. 561)

Вт

ацетона = 0:14 1:163 = 0:163 м К;

Вт

бензола = 0:121 1:163 = 0:141 м К;

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

= 0:163 0:98 + 0:141 0:02 0:72 (0:163 0:141) 0:98 0:02 = 0:1623

Вт

(4.88)

 

:

м К

Таким образом, тепловая нагрузка холодильника

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(4.89)

 

Q = P

CP (tP 30) = 1:15 2253:4 (56:73 30) = 69 268:4 Вт;

Потери 5% тепла заложим позже при дальнейших расчётах.

 

Расход охлаждающей воды

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G2 =

Q 1:05

 

 

 

 

=

 

 

69 268:4 1:05

 

= 1:736 кг=с:

(4.90)

 

 

 

CH2O (35 25)

 

 

 

4190 (35 25)

Средняя разность температур

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

= 56:73

 

35 = 21:73 C

и

t

= 30

 

25 = 5 C

. Итого

 

б:

 

 

 

 

 

 

м:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tб:

tм:

 

 

 

 

21:73 5

 

 

 

(4.91)

 

 

 

 

tср: =

 

ln tм:!

=

ln

5

!

= 11:4 C:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tб:

 

 

 

 

 

 

21:73

 

 

 

 

 

 

 

 

Ориентировочный коэффициент теплопередачи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Kориент: =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

;

 

 

(4.92)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

ст:

 

1

 

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

+

 

 

+

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ст:

 

 

r2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ориент:

 

 

 

r1

 

 

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

ст:

= 17:5

Вт

(ССЫЛКУ стр. 529). Среднее значение теплопроводности загрязне-

 

 

м К

Вт

ний стенок со стороны охлаждающихся органических жидкостей r1 = 5 800 м2 К, а со стороны нагревающейся воды она зависит от её качества. Это обсуждалось при расчёте

31

дефлегматора, там было решено, что для эксплуатации в России принять для надёжности

 

Вт

 

 

 

 

 

 

 

 

Вт

 

 

 

 

 

Вт

 

r2 = 2 900

 

. Возьмём 1 ориент: = 500

 

 

 

и 2 ориент:

= 1 500

 

 

, тогда

 

м2 К

м2 К

м2 К

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вт

(4.93)

 

Kориент: =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 303:2

 

;

 

1 0:002

1

1

 

 

1

м2 К

 

 

 

 

500

+

17:5

+

5 800

+

2 900

+

1 500

 

 

 

 

 

 

 

Ориентировочная площадь поверхности теплопередачи

 

 

 

 

 

Fориент: =

69 268:4 1:05

 

= 21 м2

:

 

 

 

 

(4.94)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

303:2 11:4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Далее нужно сделать ориентировочный выбор теплообменника. Решение вопроса о том, какой теплоноситль направит в трубное пространство, обусловлено его температурой, давлением, коррозионной активностью, способностью загрязнять поверхность теплообмена, расходом и т. д. В рассматриваемой задаче в трубное пространство с меньшим проходным сечением (а оно у всех так (?) табл. 2.3 и 2.9 ССЫЛКУ стр. 51 и 57) целесообразно направить теплоноситель с меньшим расходом, т. е. горячий дистиллят. Это позволит выровнить скорости движения теплоносителей и соответствующие коэффициенты теплоотдачи, увеличивая таким образом коэффициент теплопередачи. Кроме того, направляя поток холодной оборотной воды в межтрубное пространство, можно отказаться от теплоизоляции кожуха теплообменника.

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

Re1 = 15 000:

 

 

 

 

 

 

n

4 G1

 

4 1:15

(4.95)

 

z

=

dвнутр: Re1 2

=

3:14 0:021 15 000 0:263 10 3

= 17:67:

Увы, анализ табл. 2.3 (ССЛКУ стр. 51) приводит к неутешительному заключению в данной задаче невозможно подобрать стандартный кожухотрубный теплообменник. В качестве выхода из случая всегда поможет теплообменник типа ¾труба в трубе¿, но у него, помимо достоинств, есть и недостатки. Например то, что он большой и громоздкий. Поэтому надо попытаться идти в ногу со временем и поставить пластинчатый теплообменник. Эффективность пластинчатых и кожхотрубных теплообменников близка. Пластинчатые теплообменники изготавливаются только из нержавеющей стали, так что в этом проекте особенно не жалко, ибо и так решили всё делать из неё. Итак, для охлаждения дистиллята по табл. 2.13 (ССЫЛКУ стр. 63) выбираем теплообменник с поверхностью теплообмена F = 20 м2, числом пластин N = 70 шт., при поверхности одной пластины f = 0:3 м2, масса теплообменника составляет 485 кг.

4.5.1Поверочный расчёт холодильника

Пусть компоновка пластин самая простая, Сх : 35=35, т. е. по одному пакету (ходу) для обоих потоков.

Скорость горячего дистиллята по 35 каналам с проходным сечением 0:0011 м2 по данным табл. 2.14 (ССЫЛКУ стр. 63) равна

 

 

 

1:15

 

 

 

 

 

P

= 0:039 м=с;

(4.96)

!1 =

 

=

 

35 0:0011

765:9 35 0:0011

Эквивалентный диаметр каналов dэкв: = 0:008 м, (табл. 2.14), тогда

 

Re1 =

!1 dэкв: 1

=

0:039 0:008 765:9

= 908:6;

(4.97)

 

 

 

 

1

0:263 10 3

 

32

152), что
!0:25

908:6 > 50, т. е. режим течения развитый турбулентный, что не может не радовать. Для выбранного типа пластин и рассчитанного критерия Re,

Nu1

= 0:1 Re10:73 P r10:43 P rст: 1

!

0:25

(4.98)

;

 

 

P r1

 

 

 

для упрощения расчётов, у охлаждающейся жидкости можно принять (ССЫЛКУ стр.

P r

0:93;

P rст:

 

P rсмеси

=

Cсмеси смеcи

=

 

2253:4 0:263 10 3

= 3:6515;

 

(4.99)

 

 

смеси

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0:1623

 

 

 

 

 

 

 

1 =

Nu1 дист:

=

 

0:1 908:60:73 3:65150:43 0:93 0:1623

 

= 475:54

Вт

:

(4.100)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

м2 К

 

dэкв:

 

 

 

 

 

 

 

 

0:008

 

 

 

 

 

 

 

Скорость охлаждающей воды в 35 каналах

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1:736

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G2

= 0:0453 м=с;

 

 

(4.101)

 

!2 =

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

35 0:0011

995 35 0:0011

 

 

 

Re2

=

!2 dэкв: 2

=

0:0453 0:008 995

= 450:34;

 

 

(4.102)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

0:8007 10 3

 

 

 

 

 

450:34 > 1, т. е. у воды устойчивое турбулентное течение;

 

 

 

 

 

 

P rH2O =

CH2O H2O

=

4190 0:8007 10 3

= 5:411;

 

 

(4.103)

 

 

 

 

 

 

 

H2O

0:62

 

 

 

 

 

 

 

 

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

 

P r

0:25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

что

 

!

 

 

1, тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P rст:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 =

 

Nu2 H2O

=

0:1 450:340:73 5:4110:43 0:62

 

= 1385:8

Вт

:

 

(4.104)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

м2 К

 

 

 

 

 

dэкв:

 

 

 

 

 

 

 

 

0:008

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Действительный коэффициент теплопередачи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 294:22

Вт

 

:

(4.105)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

0:001

1

1

 

 

1

 

 

м2 К

 

 

 

 

 

 

 

475:54

+

17:5

+

 

5 800

+

2 900

+

1385:8

 

 

 

 

 

 

Требуемая поверхность теплопередачи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F

=

 

69 268:4 1:05

 

= 0 м2

:

 

 

 

 

 

(4.106)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

294:22 11:4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Запас поверхности у выбранного теплообменника

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16 14:31

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(4.107)

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

14:31

 

100% = 11:81 12 %:

 

 

 

 

Теплообменник не подходит.

33

4.6Расчёт холодильника кубового остатка

Тепловая нагрузка

 

 

 

 

(4.108)

Q = W CW (tW

30) = GH2O CH2O (tконеч: H2O

tнач: H2O) + Qпотерь:

Темпратуры оборотной воды уже выбрали при расчёте дефлегматора и холодильника дистиллята, для начальной 25 C, а для конечной 35 C. При средней температуре дистиллята

t = 79:64+30 = 54:82 C,

ср: 2

Теплоёмкость кубового остатка

CW = Cацетона xацетона + Cбензола xбензола =

 

 

 

 

 

 

Дж

 

 

 

= 4:19 103 (0:55 0:012 + 0:44

0:988) = 1849:13

;

(4.109)

 

кг К

данные взяты отсюда (ССЫЛКУ сюда! Романков, стр. 562, рис. XI).

 

 

 

Плотность кубового остатка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

xацетона

xбензола

0:012

 

0:988

 

 

(4.110)

 

 

=

 

+

 

=

 

+

 

 

;

 

 

 

ацетона

бензола

 

 

 

 

 

смеси

 

751:7

 

841:7

 

 

 

отсюда смеси = 840:5 кг=м3.

Вязкость кубового остатка

lg смеси = xацетона lg ацетона + xбензола lg бензола =

= 0:0161 lg(0:2383 10 3)+0:9839 lg(0:414 10 3) = 0:386862 ) смеси = 0:410 10 3 Па с:

(4.111)

Теплопроводность кубового остатка

по рис. X(ССЫЛКУ! стр. 561) ацетона = 0:139

Вт

Вт

1:163 = 0:162 м К; бензола = 0:119 1:163 = 0:139 м К;

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

= 0:162 0:012 + 0:139 0:988 0:72 (0:162 0:139) 0:012 0:988 = 0:1391

Вт

(4.112)

 

:

м К

Таким образом, тепловая нагрузка холодильника

 

 

 

 

 

 

 

1849:13 (79:64 30) = 215 708:4 Вт;

(4.113)

Q = W CW (tP 30) = 2:35

Потери 5% тепла заложим чуть позже при дальнейших расчётах.

 

Расход охлаждающей воды

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q 1:05

215 708:4

1:05

(4.114)

 

G2 =

 

=

 

 

= 5:41 кг=с:

 

CH2O (35 25)

4190 (35

25)

34

Средняя разность температур

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

= 79:64

 

35 = 44:64 C

и

t

= 30

 

25 = 5 C

. Итого

 

б:

 

 

 

 

 

 

м:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tб:

tм:

 

 

 

 

44:64 5

 

 

 

(4.115)

 

 

 

tср:

=

 

ln tм:!

=

 

ln

 

5

!

= 18:11 C:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tб:

 

 

 

 

 

 

 

 

44:64

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ориентировочный коэффициент теплопередачи

 

 

 

 

 

 

 

Kориент: =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

;

(4.116)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

ст:

 

1

 

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

+

 

 

+

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ст:

 

r2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ориент:

 

 

 

r1

2 ориент:

 

ТРОЛОЛО, продолжим поддерживать производителей пластинчатых теплообменников. (ИЛИ КАК?!) У всех возможных теплообменников (ССЫЛКУ на стр. 63 табл. 2.14) толщина стенки ст: = 0:001 м; коэффициент теплопроводности для нержавеющей стали

Вт

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

Вт

стенок со стороны охлаждающихся органических жидкостей r1 = 5 800 м2 К, а со стороны нагревающейся воды она зависит от её качества. Это обсуждалось при предыдущих расчётах холодильников, там было решено для эксплуатации в России принять (для на-

 

 

Вт

 

 

 

 

 

 

 

Вт

Вт

дёжности) r2

= 2 900

 

 

 

. Возьмём 1 ориент: = 500

 

 

 

и 2 ориент: = 1 500

 

,

 

 

 

м2

 

 

тогда

 

м2

К

 

 

 

 

 

 

 

К

м2 К

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вт

(4.117)

 

Kориент: =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 303:2

 

;

 

1 0:001

1

1

 

 

 

1

 

м2 К

 

 

 

 

500

+

17:5

+

5 800

+

2 900

+

1 500

 

 

 

 

 

 

 

Ориентировочная площадь поверхности теплопередачи

 

 

 

 

 

 

Fориент: =

215 708:4 1:05

= 41:25 м2:

(4.118)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

303:2 18:11

 

 

 

 

 

 

 

 

Подумать над этим!

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

Re2 = 15 000:

n

4 G2

 

4 2:35

(4.119)

z

=

dвнутр: Re2 2

=

3:14 0:021 15 000 0:410 10 3

= 0

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.

Один хрен, тут кожухотрубный не подобрать, а пластинчатые всё наровят куда–то ускользнуть. Хм, ладно, труба в трубе не подведёт)

35

4.7Теплоизол

ТОРОЛОЛО Асбест это хардкор! Можно и совелит, но это лавка древности, так что лучше будем

использовать "корунд"или минеральную вату, или ещё что–нибудь.

Теплоизол считать по блокам! И наибольшим температурам. Типа, в колонне столько– то, в подогревателе и кипятильнике пар, в холодильниках столько–то.

36

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]