2. Тепловой расчет испарителя

В испарителе испаряется жидкость из нижней части колонны при температуре кипения смеси t_W = 109,63ºС. G_н = 5,07 кг/с

При температуре кипения смесь имеет следующие физико-химические характеристики: ρ = 779,84 кг/м³; λ = 0,112 Вт/(мК); μ = 0,249 мПас; r = 364,1 кДж/кг; σ = 18,42 мДж/м²; с_W = 2009,6 Дж/(кгК); плотность пара ρ_П = 2,929 кг/м³; ρ_П0 = 2,929 кг/м³.

Испарение 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.

Тепловая нагрузка испарителя равна:

Рассчитаем необходимое количество пара:

следовательно

Средняя разность температур равна:

С

Ориентировочное значение коэффициента теплопередачи К_ОР = 1400 Вт/(м²К) [1].

Ориентировочная площадь поверхности теплопередачи равна:

По ГОСТ 15121-79 из [1] выбираем кожухотрубчатый испаритель:

Диаметр кожуха D = 800 мм

Диаметр труб d = 25  2 мм

Число ходов z = 1

Число труб N = 465

Длина труб L = 2 м

Поверхность теплообмена F = 73 м²

Проверочный расчет испарителя

Первое приближение для удельной тепловой нагрузки:

Для более точного определения удельной тепловой нагрузки определим коэффициенты:

Для конденсирующегося водяного пара:

Для кипящей смеси:

Сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений равна:

Получаем уравнение:

Решаем это уравнение численным методом сканирования в Matlab, получаем:

q = 3,264∙10⁴ Вт/м²∙^оС

Подставим для проверки полученный корень в исходное уравнение:

Корень уравнения найден с достаточной точностью.

Тогда требуемая поверхность составит:

Выбранный теплообменник удовлетворяет полученному значению поверхности теплообмена.

При этом запас поверхности

3. Тепловой расчет дефлегматора

В дефлегматоре конденсируются пары из верхней части колонны при температуре конденсации смеси 77,85 ºС.

Расход конденсирующейся смеси:

G = P ∙ (R + 1) = 1,063*(3,579 + 1) = 4,867 кг/с.

При температуре конденсации смесь имеет следующие физико-химические характеристики: ρ = 826,62 кг/м³; λ = 0,127 Вт/(мК); μ = 0,254 мПас; r_D = 362,85 кДж/кг; с_Р = 2091,5 Дж/(кгК)

Охлаждение производится водой, которая нагревается от 20 ºС до 30 ºС.

Средняя температура воды 25 ºС, при этой температуре: ρ = 997 кг/м³; μ = 0,891 мПас; λ = 0,6059 Вт/(мК); с = 4179,5 Дж/(кгК).

Тепловая нагрузка дефлегматора:

Рассчитаем необходимое количество воды:

, следовательно

Средняя движущая сила теплопередачи равна:

Для пара температура начальная и конечная равны Т_1Н = Т_1К = 77,85С.

Для воды Т_2Н = 20С, Т_2К = 30С.

Движущая сила равна:

Ориентировочное значение коэффициента теплопередачи К_ОР = 700 Вт/(м²К).

Ориентировочная площадь поверхности теплопередачи равна:

Методом итерационного расчёта подбираем подходящий теплообменник.

По ГОСТ 15518-83 из [1] выбираем пластинчатый дефлегматор:

Поверхность одной пластины f = 0,6 м²

Число пластин N =70 (Схема компоновки пластин: 35/35)

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 = 40 м²