13. Расчет и выбор конденсатора-дефлегматора.
Исходные данные:
Q =257,8 кВт |
с ; |
конд |
|
Gохл=3,08 кгс |
|
Цель расчета:
∙Выбрать ориентировочное значение коэффициента теплопередачи.
∙Рассчитать и выбрать ориентировочный теплообменный аппарат.
∙Рассчитать точное значение коэффициента теплопередачи.
∙Рассчитать и выбрать теплообменный аппарат на базе уточненного коэффициента теплопередачи.
Выбор ориентировочного значения теплопередачи:
Поскольку только один из процессов, происходящих в дефлегматоре, протекает при постоянной температуре (конденсация дистиллята), а другой при изменяющейся, то индикаторная диаграмма будет иметь следующий вид.
[4, 172] Примем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи, равное
kор=500 Втм2 К
Расчет и выбор ориентировочного теплообменного аппарата:
Выбор теплообменного аппарата основан на определении площади теплообмена F , которую можно рассчитать, используя ниже приведенную формулу:
|
|
F= |
|
Q |
|
||||
|
|
|
|
|
. |
|
|||
|
|
k Δt |
|
||||||
Где Δt |
- движущая |
сила |
теплообмена, |
определяемая по |
|||||
следующему выражению: |
|
1− 2 |
|
|
|||||
|
|
Δt= |
|
|
|||||
|
|
|
1 |
. |
|
||||
|
|
ln |
|
||||||
|
|
2 |
|
||||||
Разности |
температур 1 |
и |
|
|
|
по индикаторной |
|||
2 определяются |
|||||||||
диаграмме:
34
1=83,5−25=38,50 С;
2=83,5−35=28,50 С;
Δt=38,5−28,5 =53,340 С . ln 38,528,5
Следовательно, ориентировочное значение поверхности теплообмена составит:
|
|
F ор= |
Q конд |
257,8 |
10 |
3 |
=9,7 |
м |
2 |
. |
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|||||
|
|
k Δt |
500 53,34 |
|
|
|
||||||
[11, |
413] |
|
ор |
|
теплообменник |
со |
следующими |
|||||
Принимаем |
|
|||||||||||
характеристиками:
F ор=12 м2 ;
Dап=325 мм ;
dн×s= 25×2 мм . l=3000 мм .
n=52 теплообменныетрубы 2−х ходовой
fтр=0,018 м2
fм/тр=0,050 м2
Расчет точного значения коэффициента теплопередачи:
Уточнение коэффициента теплопередачи производится при помощи следующей формулы [2, 532]:
|
|
1/3 |
1/3 |
|
|
|
|
−1 |
|
k= |
k |
|
δст |
|
1 |
. |
|||
|
|||||||||
|
A4/3 |
λст |
α2 |
||||||
Как видно из приведенной формулы, расчет является |
|||||||||
итерационным. |
|
|
|
|
|
|
|
||
А - коэффициент, ответственный |
за процесс конденсации, |
||||||||
определяемый по формуле: |
|
|
|
|
|
|
|
||
А=0,7284 λ3 rg ρ 4 1 εР
ν l .
AS
Составляющая часть коэффициента А - параметр АS , необходимо определять для смеси двух веществ (в большей массе определение основано на аддитивности величин, входящих в параметр):
Коэффициент теплопроводности λ : Бензол [4, 561]: λА=0,112 Вт/м с; Хлорбензол [4, 561]: λВ=0,112 Вт/м с;
Для смеси: λсм =а2 λ А 1−а2 λВ=0,96 0,112 1−0,96 0,112=0,112 Вт м с . Плотность ρ :
35
Для смеси: х ρсм=389,4 кг м3 .
Скрытая теплота парообразования r : Бензол [4, 561]: rА=391,3 кДж/кг; Хлорбензол [4, 561]: rВ=344,8кДжкг;
Для смеси: rсм =а2 r А 1−а2 rВ=0,98 391,3 1−0,96 344,8=389,4 кДж кг . Коэффициент динамической вязкости μ :
Бензол [4, 556]: μ А=420 10−6 Па с; Хлорбензол [4, 556]: μВ=0,31 10−3 Па с;
Для смеси: μсм=100,96 lg0,42 1−0,96 lg0,31=0,42 10−3 Па с .
Отсюда, параметр:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вт |
|
|
|
|
|
|
|
4 |
λ3 rgρ2 |
|
4 0,1123 389, 103 9,81 820,22 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
AS= |
|
|
= |
4,19 10 |
−4 |
=1713 |
м7 |
4 с |
3 |
7 . |
||
ε |
|
μ |
||||||||||||
|
Р |
- коэффициент рядности, зависящий как от количества рядов |
||||||||||||
труб, так и от способа расположения труб в рядах[2, 520]. Отсюда,
коэффициент рядности составляет: εР=0,70 . |
|
|
значение |
|||||||||||||||||
Следовательно, |
|
для |
|
нашего |
|
|
теплообменника |
|||||||||||||
коэффициента А составит: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
1 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
||
|
δст |
|
|
|
А= 0,70 0,728 1713 |
|
0,025 =2196 |
м2 с 7 . |
|
|||||||||||
|
|
|
|
- коэффициент, ответственный за процесс теплопроводности |
||||||||||||||||
|
λст |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
через стенку. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Для выбранного теплообменника δст =2 мм . |
|
|
|
|||||||||||||||||
Если |
принять |
материал труб |
|
Сталь |
Х18Н10Т, то |
[11, 30] |
||||||||||||||
λст=16,4 |
|
Вт |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
м град |
|
δст |
|
|
|
|
|
|
|
−4 град м2 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
0,002 |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
=1,22 10 |
|
|
. |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
λст |
16,4 |
|
|
Вт |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
α2 - |
коэффициент теплоотдачи, |
зависящий от многих |
факторов, |
||||||||||||||||
среди которых можно выделить гидродинамику движения среды и ее теплопередающую способность.
Так как температура движущейся среды, отводящей тепло,
изменяется в интервале 25÷350 С , |
то примем определяющую |
|
температуру tопр=300С . |
|
|
[5, 321] Плотность воды при tопр=300С |
составляет: ρ =995 ,7 кг |
м3 . |
Следовательно, объемный расход охлаждающей воды составит:
ϑ= Gρохл =3,08995,7 =0,0031 м3 с . Отсюда линейная скорость движения воды:
w= |
ϑ |
=0,0031 |
=0,345 мс . |
|
|||
|
f тр 0,014 |
|
|
36
Гидродинамика движения среды определяется по значению
критерия Рейнольдса: Re= |
wdρ |
= |
0,345 0,021 995,7 |
=8966 . |
μ |
−6 |
|||
|
|
800,7 10 |
|
Полученное значение критерия Рейнольдса Re=8966 104 , это означает, что у нас переходный режим[4,154].
Nudж=30 Pr0,43ж PrPrжc 0,25 εl .
[5, 321] Prж=5,45 .
Принимаем, что в связи с высокой степенью перемешивания, температуру жидкости вблизи стенки и температуру жидкости в ядре
потока считаем приблизительно равными. То есть: |
Pr ж |
=1 . |
|||||||||||
Pr c |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
dж=30 5,450,43=62 |
|
|
|
|
|
||||||
|
Nu |
|
dж λ |
|
|||||||||
|
|
|
αd |
|
|
|
|
|
|
||||
Так как, с другой стороны, |
Nudж= |
экв |
. |
α= |
|
Nu |
|
||||||
|
|
dэкв |
|
|
|
||||||||
λ |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
α=62 0,627 =1623 Вт/м2 град .
0,021
Подставляя числовые данные, получим итерационную расчетную формулу, зависящую от ранее принятого значения коэффициента теплопередачи:
13 |
13 |
|
1 |
−1 |
|
k= |
k 53 |
12,2 10−5 |
|
||
219643 |
1623 |
||||
Получим следующую итерационную зависимость:
kор=500 k 1=560 k 2=547 k3=550 k 4=550
Принимаем расчетное значение коэффициента теплопередачи:
k Р=550 Вт м2 К . |
Расчет и выбор теплообменного аппарата на базе уточненного значения коэффициента теплопередачи:
Значение поверхности теплообмена составит:
F р= |
Qконд |
257,8 |
10 |
3 |
=8,8 |
м |
2 |
. |
|
|
= |
|
|
|
|||||
k Δt |
550 53 |
|
|
||||||
|
р |
|
|
|
|
|
|
|
|
[11, 413] окончательно принимаем в качестве конденсаторадефлегматора двухходовой теплообменник со следующими характеристиками:
F ор=12 м2 ;
Dап=325 мм ;
37
dн×s= 25×2 мм . l=3000 мм .
n=52 теплообменныетрубы 2−х ходовой
fтр=0,018 м2
fм/тр=0,050 м2
38