4. Расчёт гидравлического сопротивления колонны

∆𝑃=10^169𝑈∙∆𝑃_с

Определение гидравлического сопротивления сухой насадки

∆𝑃_с=(𝜆∙𝐻/𝑑э) ∙𝑤²∙𝜌_𝑦/(2∙𝜀²),

где 𝜆– коэффициент сопротивления сухой насадки;𝑑э – эквивалентный диаметр насадки [1].

Определение критерия Рейнольдса для пара

𝑅𝑒_𝑦 = 𝑤∙𝑑_э∙𝜌_𝑦/(𝜀∙𝜇_𝑦)

𝑅𝑒_𝑦в =0,812∙0,035∙3,02/(0,785∙0,000008965) = 12196

𝑅𝑒_𝑦н =0,850∙0,035∙2,95/(0,785∙0,00000912) = 12767

Следовательно, режим движения турбулентный.

Определение коэффициента сопротивления сухой насадки

𝜆 =16/𝑅_𝑒𝑦^0,2,

𝜆_в = 16/12196^0,2 = 2,437

𝜆_н =16/12767^0,2 =2,415

∆𝑃_{с. в} = (2,437∙18/0,035) ∙ 0,812² ∙3,02 / (2∙0,785²) = 2025 Па,

∆𝑃_{с. н} = (2,415∙9/0,035) ∙ 0,850² ∙2,95 / (2∙0,785²) = 1074 Па.

Определение плотности орошения

𝑈=𝐿_s/ρ_x,

𝑈_в=1,93/807,76 = 0,0024 м3/(м2∙с),

𝑈_н=4,60/785,88 = 0,0059 м3/(м2∙с),

∆𝑃_в=10^169∙0,0024∙2025 = 5152,6 Па,

∆𝑃_н=10^169∙0,0059∙1074 = 10668,5 Па.

Определение общего гидравлического сопротивления орошаемой насадки ∆𝑃=∆𝑃_в+∆𝑃_н,

∆𝑃=5152,6 + 10668,5 = 15821,1 Па.

6. Расчёт теплообменников

   1. Тепловой расчет подогревателя исходной смеси

В подогревателе исходной смеси осуществляется нагрев смеси от 20 ºС до температуры кипения исходной смеси 98,35 ºС.

Средняя температура исходной смеси: (20 + 98,35)/2 = 59,18 ºС и ее расход F = 5,278 кг/с.

При средней температуре исходная смесь имеет следующие физико-химические характеристики: ρ = 834,21 кг/м³; μ = 0,363 мПас; λ = 0,126 Вт/(мК); с_F = 1861,33 Дж/(кгК) [5].

Нагрев исходной смеси осуществляется за счет конденсации насыщенного водяного пара, давление пара 3 ата.

Температура пара при таком давлении 132,9 ºС, при этой температуре конденсат имеет свойства: ρ = 932,1 кг/м³; μ = 0,2086 мПас; λ = 0,6833 Вт/(мК); r = 2171 кДж/кг [5],[2].

Тепловой поток в подогревателе исходной смеси равен:

,

где С_F – средняя теплоемкость исходной смеси при средней температуре, Дж/(кгК);

F – расход исходной смеси, кг/с;

t_K, t_H – соответственно температура конечная и начальная смеси в подогревателе, С.

Подставим полученные величины:

Рассчитаем необходимое количество пара:

следовательно

Средняя движущая сила теплопередачи равна:

Для пара температура начальная и конечная равны Т_1Н = Т_1К = 132,9С.

Для исходной смеси Т_2Н = 20С, Т_2К = 98,35С.

Движущая сила равна:

Ориентировочное значение коэффициента теплопередачи от конденсирующегося пара к нагревающейся органической жидкости К_ОР = 340 Вт/(м²К).

Ориентировочная площадь поверхности теплопередачи равна:

Коэффициенты в пластинчатых теплообменниках зачастую выше, чем К_ОР, поэтому это необходимо учесть. Методом итерационного расчёта подбираем подходящий теплообменник.

По ГОСТ 15518-83 [1] пластинчатый теплообменник:

Поверхность одной пластины f = 0,6 м²

Число пластин N =30 (Схема компоновки пластин: 15/15)

Толщина пластины: 1 мм

Эквивалентный диаметр канала: d= 8,3 мм

Поперечное сечение канала: S = 0,00245 м²

Приведенная длина каналов: L = 1,01 м

Поверхность теплообмена A = 16 м²

Проверочный расчет подогревателя исходной смеси

Сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений (терм. сопротивлением пара можно пренебречь):

Коэффициент теплопередачи равен:

Требуемая поверхность теплообмена:

Выбранный теплообменник удовлетворяет полученному значению поверхности теплообмена.

При этом запас поверхности