4.4 Расчёт дефлегматора

4.4.1 Ориентировочный расчет

В дефлегматоре конденсируется пары дистиллята за счет охлаждения водой, введем индексацию: 1 – дистиллят; 2 – вода.

1- зависимость температуры дистиллята от длины теплообменных труб;

2- зависимость температуры воды от длины теплообменных труб.

Рисунок 2 – Температурная схема процесса в дефлегматоре

Примем

где – температура конденсации паров дистиллята,

Рассчитаем наименьшую и наибольшую движущую силу теплопередачи и :

	(67)
	(68)

Средняя разность температур считается по уравнению:

(69)

Рассчитаем среднюю разность температур:

Средняя температура исходной смеси:

(70)

Теплофизические параметры воды при средней температуре:

Массовый расход воды в дефлегматоре определим по формуле:

(71)

Рассчитаем расход воды в дефлегматоре:

Скорость воды в трубах рассчитаем по формуле:

(72)

где - ориентировочное значение числа Рейнольдса;

- внутрений диаметр труб, м.

Примем: - ориентировочное значение числа Рейнольдса,

, - внутрений диаметр труб.

Воспользуемся формулой (72):

Рассчитаем проходное сечение по формуле:

(73)

Воспользуемся формулой (73):

Определим ориентировочную поверхность теплообмена по формуле:

(74)

K- ориентировочное значение коэффициента теплопередачи, .

Примем:

Проведем расчет ориентировочной поверхности теплообмена:

По ориентировочным значениям проходного сечения и поверхности теплообмена предлагается выбрать двухходовой кожухотрубчатый теплообменник со следующими характеристиками:

• диаметр кожуха внутренний ;

• число рядов труб ;

• длина труб ;

• диаметр труб ;

• площадь поверхности теплообмена

• площадь трубного пространства .

4.4.2 Подробный расчет процесса теплопередачи

Для выбранного теплообменного аппарата рассчитаем скорость в трубах, значение критерия Re и Pr по формулам при :

(75)

– проходное сечение теплообменного аппарата, .

	(76)
	(77)

Проведем про расчеты по формулам (75), (76), (77):

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи конденсирующегося пара на пучке труб по формуле:

(78)

– корректировочный коэффициент, зависящий от числа рядов труб ;

– средняя температура поверхности стенок теплообменных труб со стороны пара, ;

– теплопроводность дистиллята, ;

– плотность,

Расчет теплофизических величин входящих в формулу (78) при температуре

Теплопроводность дистиллята найдем по формуле (при :

(79)

– теплопроводность компонента А, ;

– теплопроводность компонента B,.

Найдем теплопроводность дистиллята по формуле (79) при

Найдем плотность смеси при температуре по формуле (13), плотности:

Рассчитаем вязкость смеси при температуре по формуле (14), вязкости:

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи по формуле (78), примем :

Примем: тогда теплофизические параметры при этой температуре равны:

Пересчитаем значение критерия Pr по формуле (77):

Формула для расчета коэффициента теплоотдачи труб к воде имеет вид:

(80)

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи от труб к воде:

Примем значение тепловой проводимости загрязнений труб со стороны пара и воды: .

Суммарное термическое сопротивление рассчитаем по формуле:

(81)

толщина стенки труб, м;

коэффициент теплопроводности стенки труб,

Примем:

Произведем расчет по формуле (79):

Расчет коэффициента теплопередачи осуществляется по формуле:

(82)

Воспользуемся формулой (80):

Произведем расчет тепловых потоков по формулам:

	(83)
	(84)
	(85)

Произведем расчет по формулам (83), (84), (85):

Рассчитаем расхождение тепловых потоков по формуле:

(86)

Воспользуемся формулой (86):

Очевидно, что расхождение значений тепловых потоков больше 5%.

Найдем новые приближения температуры стенок по формулам:

	(87)
	(88)

Применим формулы (87), (88):

Примем:

Повторим вычисления для новых температур стенок:

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи по формуле (78), примем :

При теплофизические параметры при этой температуре равны:

Пересчитаем значение критерия Pr по формуле (77):

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи от труб к воде по формуле (80):

Примем значение тепловой проводимости загрязнений труб со стороны пара и воды: .

Суммарное термическое сопротивление рассчитаем по формуле (81):

Воспользуемся формулой (82):

Произведем расчет по формулам (83), (84), (85):

Воспользуемся формулой (86):

Очевидно, расхождение значений тепловых потоков меньше 5%. Расчет коэффициента теплопередачи закончен.

Определим поверхность теплообмена по формуле:

(89)

Рассчитаем поверхность теплообмена:

Выбираем по каталогу теплообменный аппарат с длиной труб L=4 м и поверхностью теплообмена 22,5 .

Запас по поверхности при этом рассчитаем по формуле:

(90)

где – запас поверхности теплообмена, %;

– поверхность теплообменного аппарата выбранного по каталогу,

– расчетная поверхность теплообмена,

Воспользуемся формулой (88):

Предлагается выбрать двухходовой кожухотрубчатый теплообменник со следующими характеристиками:

• диаметр кожуха ;

• число ходов по труба

• длина труб ;

• диаметр труб ;

• площадь поверхности теплообмена

• площадь трубного пространства ;

• Cталь Х13.