Холодильник кубового остатка

Вода течёт по трубам , по межтрубному пространству течёт смесь.

Начальная температура воды 23С, конечная - 30С, средняя температура воды равняется 26,5 С.

_{в тр}=0,60815 Вт/мК

_{в тр}=996,65 кг/м³

_{в тр}=0,86115мПас

с_{р,в тр.}=4179,1Дж/кгС

=0,0002714

Gв тр=3,673кг/с

для жидкости

_{в мтр}=0,13313 Вт/мК

_{в мтр}=0,88767 мПас

с_{р,в мтр}=3007,86 Дж/кгС

(t-t)ср=22,24С

терм. сопротивлений=6,342610^-4 м²К/Вт

Тепловая нагрузка Q=107,618 кВт

Расчёт делаем с ловкой помощью супер новых машин в компьютерном центре нашего универа. В результате подбора т.о. на машине получили следующие данные:

Тип теплообменника………………………………………горизонтальный

Наружный диаметр труб, м……………………………………………..0,02

Число ходов по трубному пространству, шт ……………………………..1

Число труб, шт …………………………………………………………...100

Площадь наиболее узкого сечения потока в межтрубн. пр-ве, м²…..0,011

Коэффициент теплоотдачи в тр. пр-ве	Коэффициент теплоотдачи в мтр. пр-ве	Коэффициент теплопередачи	Поверхность теплообмена м2	Re в тр. пр-ве	Re в мтр. пр-ве
983,25	368,26	229,0	21,13	3394,2	1433,8

По умной книге выбираем теплообменник с подходящей площадью

Диаметр кожуха, мм ………………………………………………D=325

Внешний диаметр труб, мм ………………………………………d=20х2

Число ходов в теплообменнике ………………….……………….k=1

Общее число труб, шт. ……………………………………………N=100

Длина труб одного хода, м …………………………………….….l =4,0

Поверхность теплообмена, м² …………………………………….S=25,0

Площадь сечения потока:

в вырезе пперегородок,10²м²……………………………………….1,1

Между перегородками,10²м²……………………………………….2,0

Площадь сечения одного хода по трубам,10²м²……………………2,0.

Холодильник дистиллята

_{в тр}=0,60815 Вт/кгК

_{в тр}=996,65 кг/м³

_{в тр}=0,86115мПас

с_{р,в тр}=4179,1Дж/кгС

=0,0002714

Gв тр=0,60195кг/с

для жидкости

_{в мтр}=0,1528 Вт/кгК

_{в мтр}=0,268142 мПас

с_{р,в мтр}=2248,857 Дж/кгС

(t-t)ср=12,84 С

терм. сопротивлений=6,342110^-4 м²К/Вт

Тепловая нагрузка Q=17,63712 кВт

Возьмем ориентировочно коэффициент теплопередачи равный 300 вт/..

Получаемая примерная площадь теплообмена равна S=4,579м².

Будем рассчитывать теплообменник типа труба в трубе.

Холодным теплоносителем является вода с массовым расходом m=0,60195 кг/с, а горячий теплоноситель – смесь m=0,3 кг/с .

смесь Т _{начальная воды}=23 ºС

Т _{конечная воды}= 30 ºС

_воды=996,65кг/м³

Т _{начальная смеси}=23 ºС

Н₂О Т _{конечная смеси}= 30 ºС

_смеси(t=43,105) =764 кг/м³

Объёмные расходы жидкостей :

_воды=m/=0.60195/996.65=6.039710^-4 м³/c

_смеси= m/= 0,3/764=3,926710^-4 м³/с

рассчитаем скорость воды в трубе с наружным диаметром равный 38х3,5 мм

_воды = _воды /s=46.039710^-4 /0.031²=0.8 м/c

Re =d/=0,80, 031996, 65/0,8611510^-3=28702

Для того, чтобы рассчитать коэффициент теплоотдачи от поверхности стенки в ядро потока воды, можем воспользоваться критериальным уравнением .У нас теплообмен при вынужденном течении в прямых каналах, т. к. Re10000, то течение турбулентное. Посмотрев в необходимой литературе нужное нам уравнение перепишем его на…

Nu=0.021 Re ^0.8Pr^0.43(Pr/Pr_ст.) ^0,25

Принимаем ориентировочно отношение (Pr/Pr_ст ) равным единице.

Pr = c_р/=4179,10, 8611510^-3/0,60815 =5,9177

Nu = 0,02128702^0,85,9177^0,43 =166,1785

Nu=dэ/, где dэ – эквивалентный диаметр, для внутреннего канала это внутренний диаметр трубы (d=38-7=31мм)

₁= Nu/dэ =166,17850, 60815/0,031=3260 Вт/м2К

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи для смеси. Смесь течёт в кольцевом канале, поэтому площадь поперечного сечения высчитывается по такой формуле:

s_к =s_б-s_м

s_к=/4(d_б²-d_м²) =3,14/4(0,049²-0,038²)=7,5124510^-4м²

_смеси = _смеси / s_к =3.926710^-4 /7.5124510^-4=0.523 м/c

Re =d/=0,523(0,049-0,038)764/0,26814210^-3=16392

Nu для кольцевого канала таким критериальным уравнением:

Nu = 0,017 Re ^0,8Pr ^0,4 (d₁/d₂)^0,18 (Pr/Pr_ст.) ^0,25

Pr = c_р/=2248,8570,26814210^-3/0,1528 =3,94642

Nu = 0,01716392^0,83,94642^0,4 (0,049/0,038)^0,18 =72,5287252

Nu=dэ/,

₂ = Nu/dэ =72,528730,1528/(0,049-0,038)=1007,5 Вт/м2К

 =(1/₁+1/₂+терм. сопр)^-1

 =(1/1007,5+1/3260+6,352710^-4)^-1=516,93 Вт/м2К

Q=T A

Aрас.=Q/T = 17637.12/(516.9314.55) =2.345м²

Атеор=1,2Арас=1,22,345=2,814м²

Подбираем теплообменник с длиной труб шесть метров и число ходов будет 4.(т.е. для шести метров поверхность теплообмена равна 0,72)

Расчёт емкостей:

Нам необходимо обеспечить работу установки в течении одного часа, т.е.

=1 ч=3600с

объём ёмкости рассчитывается по уравнению:

 =1,2·V·;

где V- расход среды, объём которой вытекает из ёмкости [м³/с]

ёмкость для сборника исходной смеси:

F=1 кг/с

_F =786,71 кг/м³ – плотность исходной смеси при температуре 20 С

 =1,2·1·3600/786,71=5,49 м³;

ёмкость для сборника дистиллята:

Р =0.3 кг/с

_Р =778,78 кг/м³

 =1,2·V·;

 =1,2·0,3·3600/778,78=1,66м³;

ёмкость для сборника кубового остатка:

W =0,7кг/с

_W =776,92 кг/м³

 =1,2·V·;

 =1,2·0,7·3600/776,92=3,89м³;

Подбор насосов

Основными типами насосов, применяемых в химической технологии, являются центробежные, поршневые и осевые насосы.

Выбираем насосы по двум критериям:

• По производительности;

• По мощности при заданной подаче (расходе) жидкости перемещаемой насосом;

• Определение необходимого напора.

Полезную мощность, затрачиваемую на перекачивание жидкость, определяем по формуле:

N_п=gQH, гдеQ– подача (расход); Н – напор насоса (в метрах перекачиваемой жидкости).

Напор определяем по форме:

Н=(р₁-р₂)/(g) + Н_г+h_п, где р₁ - давление в аппарате из которого

перекачивается жидкость;

р₂– давление в аппарате, в который подается жидкость;

Н_г- геометрическая высота подъёма жидкости;

h_п- суммарные потери напора во всасывающем и нагнетательной линии;

примем что Н_гh_п

h_п - суммарные потери напора во всасывающем и нагнетательной линии

можно рассчитать по формулам