5. Холодильник дистиллята

Дистиллят охлаждается в кольцевом (межтрубном) канале двухтрубного холодильника (типа «труба в трубе») от температуры кипения t_p = 56,21С до 30С. Во внутренней трубе оборотная вода нагревается от 23С до 30С.

Для воды Для дистиллята

 =0,60815 Вт/кг·К _р=0,1528 Вт/кг·К

 =996,65 кг/м³ _р=0,268142 мПа·с

 =0,86115мПас с_р,р=2248,857 Дж/кг·С

с_р=4179,1Дж/кг·С Р=0,3 кг/с

Gв =0,60195кг/с

(t-t)ср=12,84С

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

Тепловая нагрузка Q=17,63712 кВт

Возьмем ориентировочно коэффициент теплопередачи равный 300 Вт/К*м²

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 Р=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^-4м³/c

_смеси=m/= 0,3/764=3,9267·10^-4м³/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/ (18)

Re =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 (19)

Принимаем ориентировочно отношение (Pr/Pr_ст ) равным единице.

Pr = c_р·/ (20)

Pr = =4179,1·0, 86115·10^-3/0,60815 =5,9177

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

Nu=·dэ/, (21)

и 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

Nuдля 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 (22)

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)

Расчет и подбор трубопроводов

Внутренний диаметр трубопроводов рассчитывается по формуле:

d = [4 • Q / ( • w)] ^½ (23)

Где Q – объемный расход перекачиваемой среды, который находится как отношение массового расхода к плотности перекачиваемой среды;

w – скорость течения в трубе. Будем исходить из оптимальных значений скоростей для течения различных сред, чтобы определить оптимальный размер трубопроводов. Ниже приведены принятые значения скоростей для перекачивания различных сред.