7. Тепловой расчёт

7. 1 Тепловой расчёт подогревателя исходной смеси

Предварительно определим температуру кипения исходной смеси

В точке кипения выполняется равенство Σ(P^o_i*x_i/P)-1 = 0 ,гдеP^o_i- давление паров над чистым компонентом,P- внешнеедавление ,равное 760 мм.рт.ст.

Давление паров над чистым компонентом найдём с помощью уравнения Антуана lgPo=A-B/(C+T)

	A	B	C
метанол	8,08097	1582,71	239,726
ацетон	7,11714	1210,596	229,664

T = 63.635 ^oC

В качестве обогрева используем насыщенный водяной пар при давлении 1,2 ат., t= 104.2^oC, плотность 0,6865 кг/м³, энтальпия пара 2686*10³Дж/кг ,теплота парообразования 2249*10³Дж/кг .

Δt_б= 104,2-20 = 84,2^oC

Δt_м= 104,2-63,635 = 40,565^oC

Δt_cp = (84,2-40,565)/ln(84.2/40.565) = 59.75 ^oC

теплоёмкость исходной смеси : 0.121*125/58,08*10^-3+ 81.6*(1-0.121)/32,04*10^-3= 2499,068 Дж/(кг*К)

При средней температуре (66+25)/2=45,5°С исходная смесь имеет следующие характеристики:

ρ₂–плотность смеси 750 : кг/м³

μ ₂–вязкость смеси: 0,36610^-3 Па·с

λ₂–коэффициент теплопроводности смеси: 0,198 Вт/(м·К)

с₂–теплоемкость смеси: 2499 Дж/(кг·К)

Для нагревания потока питания будем использовать насыщенный водяной пар имеющий следующие характеристики:

t₁–температура конденсации: 104,2°С

₁–плотность конденсата: 958 кг/м³

₁–вязкость конденсата: 0,25810^-3 Па·с

₁–коэффициент теплопроводности конденсата: 0,675 Вт/(м·К)

r₁–удельная теплота конденсации: 2249 кДж/кг

c₁–теплоемкость конденсата: 4,23 кДж/кг

P–давление 1,2 ат.

тепловая нагрузка подогревателя : 1.944*2499.068*(63.635-20) = 211987.0418 Дж/с

Расход греющего пара : G₁= 211987.0418 / 2249*10³= 0,09426 кг/с = 0,13 м³/с

Примем К_ориент= 200 Вт/(м·К) , тогда ориентировочная поверхность теплообмена составит 17.73м².

Проведём уточнённый расчет пластинчатого теплообменника на ЭВМ со следующими характеристиками :

поверхность одной пластины : 0.5 м²

поверхность теплообмена : 31,5 м²

число пластин : 64

эквивалентный диаметр канала : 0,0083 м

поперечное сечение канала (S): 0,00245 м²

диаметр условного прохода штуцеров : 200 мм

толщина пластин : 1 мм

приведённая длина канала : 1.01 м .

Re₂=264,617 .

α₂= 285,458 Вт/(м²*К)

Re₁= 140.762

α₁= 1705,044 Вт/(м²*К)

Σδ/λ= 1*10^-3/16,4+1/5800 = 0,000233389 (м²*К)/Вт

К = 231,319 Вт/(м²*К)

F= 20,141 м²

Запас поверхности : 56,39 %

7. 2 Тепловой расчёт кипятильника

Состав кубового остатка : 0.003 мол. % ацетона .

Используя уравнение Антуана определяем , что смесь данного состава кипит при 64,5 ^о С

При расчете кипятильника следует учесть повышение температуры кипения кубовой жидкости обусловленное гидравлическим сопротивлением тарелок колонны.

Физико-химические характеристики кубовой жидкости при 69,11 ^о С

₂–плотность жидкости: 750кг/ м³

₂–вязкость жидкости: 0,357*10^-3Па*с

r₂–теплота парообразования: 171,558 кДж/кг

₂–коэффициент теплопроводности жидкости: 0,197 Вт/(м·К)

₂–поверхностное натяжение: 16,8810^-3 Н/м

c₂–теплоемкость жидкости: 2,724 кДж/(кг·К)

₂–плотность паров: 1,266 кг/м³

Для определения тепловой нагрузки кипятильника рассчитывается тепловой баланс ректификационной колонны:

Для обогрева кипятильника будем использовать насыщенный водяной пар, имеющий следующие физико-химические характеристики:

t₁–температура конденсации: 104,2°С

₁–плотность конденсата: 958 кг/м³

₁–вязкость конденсата: 0,25810^-3 Па·с

₁–коэффициент теплопроводности конденсата: 0,675 Вт/(м·К)

r₁–удельная теплота конденсации: 2249 кДж/кг

c₁–теплоемкость конденсата: 4,23 кДж/кг

P–давление 1,2 ат.

Для определения тепловой нагрузки кипятильника рассчитывается тепловой баланс ректификационной колонны:

Qк =(P*(R+1)*rp+P*hp+Whw-F*hf)/(1-φ)

	кДж/кг
hf	159.023
hw	188.257
hp	159,490
rp	836.794

Q = 6674 кВт

Расход пара : G = 6674000/2249000 = 2.968 кг / с

Средняя разность температур : 104.2-69.11 = 35.09 °С

Примем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи К=1600Вт/(м·К), тогда значение поверхности теплообмена составит: F = 6674000/(1600*35,09)= 118,882 м²

Площадь поверхности, близкую к ориентировочной, имеет стандартный аппарат с параметрами: D=800 мм, d=20x2мм, z=4, n=638 ,H =3 м и F=120 м².

qориент. = 69590Вт/м²

А = 1,21*₁*(ρ₁*r₁*g/μ₁*H)^1/3= 1.21*0.675*(958*2249000*9.81/(0.000258*3))1/3 = 242428,6396

B = 780*λ₂^1.3ρ₂^0,5*ρ_п^0,06/(σ₂^0,5*r₂⁰⁶*ρ_п0^0,66*c₂^0,3*μ₂^0,3) = 780*0.197^1.3*750^0.5*1.266^0.06/(0.01688^0.5*171558^0.6*1.266^0.66 *2724^0.3*0.000357^0.3) = 30.897

Σδ/λ = 0,000294365 м²*К/Вт

f(q) = 0,0017

α₁= А*q^-1/3= 5893,885 Вт/(м²*К)

α₂=B*q^0.6= 24856,508 Вт/(м²*К)

K = 1983.0.9 Вт/(м²*К)

F= 95.912 м²

запас поверхности : 25.115 %

Проверочный расчёт испарителя на ЭВМ дал слудующие результаты :

α₁=6116.43 Вт/(м²*К)

α2 = 9481.64 Вт/(м²*К)

K = 1775.17Вт/(м²*К)

F = 107.14 м²

запас поверхности : 10.72 %