5.4 Гидравлическое сопротивление колонны.

Гидравлическое сопротивление тарелок колонны определяется по формуле:

Р_к=n* P

Полное гидравлическое сопротивление одной тарелки P складывается из трех слагаемых:

P=P_с+P_п+P_

Гидравлическое сопротивление сухой неорошаемой тарелки :

P_с=*²*_у/(2*F²_c)=3,6*0,975²*1,66/(0,122²*2)=233 Па

Гидравлическое сопротивление газожидкостного слоя на тарелке:

P_п=g*_x*h₀=9.8*848,6*0.0383=286 Па

Гидравлическое сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения:

P_=4*/d_э=4*0,017/0,07=9,25 Па

P=9,25+286+233=528,25Па

Тогда полное гидравлическое сопротивление колонны будет равно:

Р=528,25*23=12,14925 кПа.

6 Расчет и подбор вспомогательного оборудования.

6.1 Подбор теплообменников.

6.1.1 Подогреватель. [2. C. 74-75]

Рассчитать и подобрать вариант конструкции кожухотрубчатого подогревателя органической жидкости для подогрева F=4,78 кг/с. Удельная теплота конденсации подогревающей воды r=2165 КДж/кг. Температура конденсации паров воды t=133 ⁰С. Физико-химические свойства конденсата при температуре конденсации: =0,6832 Вт/м*К, =931 кг/м3, =0,204 мПа*с. Греющим паром смесь подогревается с начальной температурой t=30⁰С до t=65⁰С. При средней температуре t=(30 + 65)/250⁰С исходная смесь имеет следующие физико-химические свойства: с=3,434 КДж/кг*0С, =0,558 Вт/м*К, =0,49 мПа*с, =882 кг/м³

Расчет подогревателя.

1. Тепловая нагрузка аппарата.

Q=582375 Вт

2.Расход пара.Gгр пара=Q/r Gгр пара=574,4*10³/2165*10³=0,265 кг/с;

3.Средняя разность температур.

120

120

t_ср= (t_б - t_м)/ln(t_б/ t_м)

t_б=100 - 20=100

96

20

t_м=120 - 96=24

t_ср=(100 - 24)/ln(100/24 )=53,3⁰С

Расчет ориентировочной поверхности теплообмена

В соответствии с таблицей 2.1 [2. c. 47] примем Кор=300 Вт/(м2*К). Для подогревателя вид теплообмена от конденсирующегося водяного пара к органическим жидкостям ( Кор лежит в интервале 120 - 340),тогда

Fор=Q/К* tср; Fор=582375/600*53,3=18 м2

Расчет суммы термических сопротивлений стенки труб и загрязнений.

Для определения загрязнений воспользуемся таблицей 2.2 [2,с. 48]

=м2*К/Вт

Задаемся числом Re=15000, тогда

Наиболее близкими параметрами обладает аппарат: D=400 мм; n=100; z=2; L=4 м; F=31 м

Действительное число Re равно:

Pr=c*/=0.00049*3434/0.559=3,03

Коэффициент теплоотдачи органической смеси при Re >10000 находим по уравнению:

Принебрегая при это поправкой ;

=0,558*0,023*171541^0,8*3,03^0,4/0,016= =3052 Вт/м²*К

Коэффициент теплоотдачи к конденсирующейся воде:

Коэффициент теплопередачи:

Требуемая поверхность:

Запас поверхности:

Тип теплообменника - вертикальный

Наружный диаметр труб, м 0.025

Высота труб, м 4

Число ходов 2

Общее число труб, шт 100

Запас поверхности составляет 35,4 %, с допустимым приближением можно использовать данный подогреватель.

6.1.2 Испаритель.

Рассчитать и подобрать нормализованный вариант конструкции кожухотрубчатого испарителя ректификационной колонны с получением G_п =6,98 кг/c паров органической смеси. Температура кипения t_кип=100⁰С. При данной температуре органическая жидкость имеет следующие параметры: =959 кг/м³, =0,309 мПа*с, =0,016 Н/м, с=4166Дж/кг*К, =0,674 Вт/м*К, r=326 кДж/кг, _п=0,89 кг/м³.

В качестве теплоносителя использовать насыщенный водяной пар давлением 0.2 МПа. Удельная теплота конденсации r=2165 кДж/кг; Температура конденсации

tгр п=133⁰С. При данной температуре вода имеет следующие параметры:=931 кг/м³, =0,204 мПа*с, =0,052 Н/м, с=4273 Дж/кг*К, =0,683 Вт/м*К.

Для определения коэффициента теплоотдачи от пара, конденсирующего на наружной поверхности труб высотой H, используем формулу:

Коэффициент теплоотдачи к кипящей в трубах жидкости определим по формуле:

Из основного уравнения теплопередачи и уравнения аддитивности термических сопротивлений следует, что:

Подставляю сюда выражения для и, можно получить неизвестного удельного теплового потока:

где; q=Q/F.

Расчет испарителя.

Тепловая нагрузка аппарата.

Qкип=G*r=6.98*326406= 1,82*10³ кВт; .

2.Расход пара.

Gгр пара=Q/r Gгр пара=2279*10³/2165*10³=1.05 кг/с;

3.Средняя разность температур

tср=10 120⁰С

110⁰С

По ГОСТу F=93 м2; D=600мм; d=20*2 мм; L=4,0 м.

Число ходов 2; число труб 370

= 233467,6304

55.18

Сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений (термическим сопротивлением со стороны греющего пара можно пренебречь) равна:

=0,002/17,5+1/5800=0,000287 м² К/Вт

Рассчитывая методом подбора поверхность теплообмена по уравнению:

получаем F=85 м²

(F - Fрасч)/Fрасч=(93 – 85)/85=0,1

В этом случае наблюдается запас поверхности 10%.