4.1.3. Расчёт кипятильника
В кипятильнике ректификационной установки происходит испарение кубового остатка ректификационной колонны. Образующаяся паровая смесь возвращается в нижнюю часть колонны, обеспечивая встречный паровой поток для стекающей сверху колонны жидкости.
Испарение кубового остатка происходит за счёт конденсации насыщенного водяного пара в межтрубном пространстве кипятильника.
В дальнейших расчётах все характеристики холодного теплоносителя обозначаются индексом «2», характеристики горячего теплоносителя – индексом «1».
Физико-химические свойства теплоносителей, рассчитанные с учётом температуры и массовых (мольных) долей компонентов в смеси [10, стр. 14-20], представлены ниже:
Горячий теплоноситель: |
Холодный теплоноситель: |
||
Насыщенный водяной пар р = 4 атм |
Этанол |
Вода |
Кубовая смесь «этанол-вода» |
|
|
||
|
|
|
|
Для определения тепловой нагрузки кипятильника рассчитывается тепловой баланс ректификационной колонны [14, стр.123-124]:
Qк
=
∙ 100 ∙
+
∙ (
+ 1) ∙
∙
103
–
∙
∙
86 +
∙
∙ 78,4 + 0 = 1224164,52 Вт
Расход пара в кипятильнике:
Температурная схема:
140
140
100
100
Определим движущую силу теплообмена:
Определим ориентировочную величину площади поверхности теплообмена
По ГОСТ 15119-79 и ГОСТ 15121-79 выбираем одноходовой кожухотрубчатый испаритель со следующими характеристиками [3, табл. 2.9 стр. 57]:
Диаметр кожуха |
|
Диаметр труб |
|
Число ходов по трубам |
|
Общее число труб |
|
Длина труб |
|
Поверхность теплообмена |
|
Уточненный расчет:
Коэффициент теплопередачи от водяного пара, конденсирующегося на наружной поверхности [3, ф-ла 2.23 стр. 53]:
Коэффициент теплопередачи от кипящей в трубах жидкости [3, ф-ла 2.28 стр. 54]:
Коэффициент А определим по формуле:
Коэффициент В вычислим по формуле:
Сумма термических сопротивлений стенок и их загрязнений:
По табл. ХХХI [2, стр. 531] принимаем тепловые проводимости загрязнений:
Со стороны паров воды:
Со стороны органической жидкости:
Коэффициент теплопроводности нержавеющей стали марки X18H10T [2, табл. 28, стр.529]: 𝜆CТ = 17,5 Вт/м·К
Сумма термических сопротивлений стенок и их загрязнений
Решаем уравнение относительно неизвестного теплового потока:
q, Вт/К |
f(q) |
100000 |
44,8468 |
50000 |
4,5561 |
45000 |
0,58868 |
44500 |
0,192253 |
44300 |
0,033695 |
44260 |
0,001984 |
44258 |
0,000398 |
Можно принять q = 44258 Вт/К
Тогда,
Запас площади поверхности:
