9.2 Тепловой расчёт кипятильника

По t-x-y диаграмме найдем:

Найдем теплоемкости и удельные теплоты образования жидкостей в кубе и исходной смеси:

При :

При :

Определим расход тепла на испарение флегмы:

Определим расход тепла на испарение дистиллята:

Определим расход тепла на нагревание остатка:

Общий расход тепла в кубе с учетом 5% потерь:

Для обогрева куба будем использовать греющий пар с давлением P = 0,2 МПа.

Свойства конденсата при температуре конденсации:

Расход греющего пара определим из уравнение теплового баланса:

Средняя разность температур:

Примем ориентировочный коэффициент теплопередачи К_ор = 1400 Вт/м²К

По ГОСТ 15119-79 и ГОСТ 15121-79 выберем теплообменники, наиболее подходящие по поверхности теплопередачи:

D кожуха, мм	d труб, мм	Число ходов	Общее число труб	Длина труб, м	Поверхность F, м2
800	25х2	1	465	4,0	146
1000	25х2	1	747	2,0	117

Уточненный расчет испарителя №1:

Для определения коэффициента теплоотдачи от пара, конденсирующегося на наружной поверхности труб высотой Н, используем фомулу:

Коэффициент теплоотдачи к кипящей в трубах жидкости вычисляется по формуле:

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

Итоговое уравнение:

Свойства кубового остатка при температуре кипения:

В качестве первого приближения примем q₁ = 3370000/146 = 23081 Вт/м²

Коэффициенты А и В равны:

Толщина труб 2,0 мм, материал – нержавеющая сталь, . Сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений:

Тогда:

Примем 2 значение q₂ =32000 Вт/м²

Методом хорд найдем 3-е значение q:

Такую точность можно считать достаточной. Принимаем q = 31783 Вт/м²

Требуемая поверхность составит:

Запас поверхности:

Масса аппарата: 3720 кг.

Уточненный расчет испарителя №2:

Коэффициент А:

В качестве первого приближения примем q₁ = 3370000/117 = 28803 Вт/м²

В качестве 2-го приближения примем q₂ = 35000 Вт/м²

Такую точность можно считать достаточной. Принимаем q = 33548 Вт/м²

Требуемая поверхность составит:

Запас поверхности:

Масса аппарата: 3720 кг

9.3. Расчет дефлегматора.

Холодильник охлаждается водой.

tн = 20 ^оС

Дистиллят охлаждается от t_н = 78,5 ^оС до t_к = 25 ^оС

Свойства дистиллята при t_средн = 52 ^оС

Тепловую нагрузку дефлегматора найдем по формуле:

tпаров = 78,5 оС

Удельные теплоты парообразования воды и этилового спирта при tпаров = 78,5 оС:

Удельная теплота парообразования дистиллята:

Примем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи:

Свойства дистиллята при tпаров = 78,5 оС

Вязкость дистиллята:

Теплоемкость дистиллята:

Плотность дистиллята:

Свойства воды при температуре 25 оС

Определим расход воды:

Ориентировочная поверхность теплопередачи:

Задаваясь числом Re = 10000 в трубном пространстве, определим соотношение n/z для конденсатора из труб диаметром dн = 25х2 мм:

Для труб диаметром dн = 20х2 мм

По ГОСТ 15118-79, ГОСТ 15120-79 и ГОСТ 15122-79 выберем теплообменники, наиболее подходящие по соотношению n/z:

D кожуха, мм	d труб, мм	Число ходов	Общее число труб	Длина труб, м	Площадь сечения, 102		Площадь сечения 1 хода	Поверхность F, м2
					в вырезе	между
600	20х2	1	389	2,0	4,1	6,6	7,8	49
600	25х2	1	257	3,0	4,0	5,3	3,7	61

Проведем уточненный расчет поверхности теплопередачи:

Вариант №1

Для трубного пространства (вода):

Определим коэффициент теплоотдачи к воде, пренебрегая поправкой (Pr/Prст)0,25

Коэффициент теплоотдачи от пара, конденсирующегося на пучке труб, расположенных вертикально:

Сумма термических сопротивлений стенки труб из нержавеющей стали и загрязнений со стороны воды и пара равны:

Коэффициент теплопередачи:

Требуемая поверхность теплопередачи:

Запас поверхности:

Теплообменник не подходит.

Вариант №2

Для трубного пространства (вода):

Определим коэффициент теплоотдачи к воде, пренебрегая поправкой (Pr/Prст)0,25

Коэффициент теплоотдачи от пара, конденсирующегося на пучке труб, расположенных вертикально:

Сумма термических сопротивлений стенки труб из нержавеющей стали и загрязнений со стороны воды и пара равны:

Коэффициент теплопередачи:

Требуемая поверхность теплопередачи:

Запас поверхности:

Теплообменник подходит. Запас поверхности 10,5 %

Следовательно, для конденсации паров, поступающих с верха колонны, применяем кожухотрубчатый теплообменник (по ГОСТ 15118-79, ГОСТ 15120-79 и ГОСТ 15122-79) со следующими параметрами:

D кожуха, мм	d труб, мм	Число ходов	Общее число труб	Длина труб, м	Площадь сечения, 102		Площадь сечения 1 хода	Поверхность F, м2
					в вырезе	между
600	25х2	1	257	3,0	4,0	5,3	3,7	61