6.3. Методика расчета конденсатора паров дистиллята

6.3.1. Руководствуясь рекомендациями, изложенными в п. 6.11, направить теплоносители в трубное и межтрубное пространство.

6.3.2. Выбрать схему движения теплоносителей и определить средний температурный напор, т.е. среднюю движущую силу процесса теплообмена, для чего:

а) определить начальную и конечную температуры горячего теплоносителя (дистиллята). Она будет равна температуре конденсации насыщенного пара, которую определяют по диаграмме t – x, y, по известному составу y_p = x_p

Рис. 6.1. Схема движения теплоносителя

б) выбрать схему движения теплоносителей – противоток, смешанный ток;

в) вычислить t_б = t_кг – t_нх и t_м = t_нг – t_кх

Если , то

Если , то

6.3.3. Вычислить среднюю температуру горячего и холодного теплоносителей

t_ср.х = t_ср.г - t_ср

6.3.4. Определить физические свойства теплоносителей:

а) физические свойства воды (плотность – ρ₁, теплоемкость – c₁, вязкость – ₁, теплопроводность – ₁ при t_ср.х;

б) при содержании НК в дистилляте x_р > 0,95 физические свойства дистиллята можно находить как для чистого вещества, а если же x_р  0,95, то как для смеси веществ при средней температуре теплоносителя.

Причем

– весовая доля НК в дистилляте

lg_см2 = x_A ^. lg_A + (1 – x_A ) lg_В

_см = _А + _В – 0,72 (_В - _А)

6.3.5. Вычислить массовый расход пара НК

,

где Р – количество дистиллята, кг/ч;

R_Д – действительное флегмовое число.

6.3.6. Вычислить тепловую нагрузку по горячему теплоносителю, т.е. количество тепла, передаваемого от сконденсирующегося пара к воде

Q = G_n ^. r

где G_n - расход пара, кг/с.

6.3.7. Вычислить расход воды с учетом тепловых потерь в окружающую среду, принимая Q_п = 5%

6.3.8. Вычислить число труб в одном ряду конденсатора, для чего задаться числом Рейнольдса (для воды Re = 15000…50000), с целью обеспечения развитого турбулентного движения и увеличения значения коэффициента теплоотдачи

где d_в – внутренний диаметр труб;

d = 25х2 мм или 38х2 мм;

 – динамическая вязкость воды при t_ср.х .

6.3.9. Выписать из каталога данные теплообменных аппаратов с принятым наружным диаметром d_н = 25 мм или 38 мм, с числом труб (n_к) в одном ряду, близким к расчетному значению (n_р),

где n_к – число труб по каталогу;

n_р – расчетное число труб.

6.3.10. Оценить ориентировочную величину поверхности теплообмена F_р, принимая значение коэффициента теплопередачи

К = 300 – 800 Вт/(м²К) [2, с.172]

Вычисленная поверхность теплообмена F_р должна быть близкой к поверхности теплообмена F_к, выбранной по каталогу.

Согласование величин поверхности F_р и F_к необходимо осуществлять, изменяя значения задаваемого коэффициента теплопередачи К.

6.3.11. Уточнить значения критерия Рейнольдса для теплообменника, выбранного по каталогу

Режим движения теплоносителя должен быть турбулентным.

6.3.12. Вычислить коэффициент теплоотдачи трубного пространства

где Nu₁ = 0,021 ^. Re₁^{0,8 .} Рr₁^0,43

c₁, ₁, ₁ – теплоемкость, вязкость и теплопроводность теплоносителя в трубном пространстве при средней температуре теплоносителя.

6.3.13. Вычислить коэффициент теплоотдачи межтрубного пространства для вертикальных труб

где G₂ – массовый расход дистиллята;

₂ - плотность;

₂ - вязкость;

₂ - теплопроводность.

Если x_р  0,95, то величины ₂, _{2 ,} ₂ определяются как для чистого вещества, если x_р  0,95 , то как для смеси веществ.

6.3.14. Вычислить термическое сопротивление стальной стенки и загрязнений

где  - толщина стенки труб ( = 0,002 м);

_ст – теплопроводность стенки стали [2, c.529].

Для органических паров

Для воды среднего качества [2, c.531]

6.3.15. Коэффициент теплопередачи К

6.3.16. Вычислить требуемую площадь поверхности конденсатора

6.3.17. Выполнить уточненный поверочный расчет коэффициента теплопередачи с учетом температур поверхностей стенки, для чего предварительно добиться равенства тепловых нагрузок по горячему – q_г и холодному – q_х теплоносителю:

а) определить температуры стенок со стороны горячего и холодного теплоносителей из уравнения удельной тепловой нагрузки

q = K t_ср = _г·t_г = _х·t_x

где К – вычисленный коэффициент теплопередачи;

_г и _x = коэффициенты теплоотдачи со стороны горячего и холодного теплоносителя;

t_г и t_x = разности температур

t_г = t_s – t_ст.г t_x = t_ст.х – t_ср.х

t_г = q/_г, t_x = q/_x

t_s – температура кипения.

Поэтому t_ст.г = t_s – t_г , t_ст.х = t_x + t_ст.х

б) вычислить среднюю температуру пленки конденсата

t_пл = (t_s + t_ст.г )/2

в) определить физические свойства конденсата при средней температуре пленки конденсат такие как:

 – плотность;

 – вязкость;

 – теплопроводность;

r - теплота парообразования.

При x_р  0,95 физические свойства конденсата определяются как для смеси, при x_р  0,95 — как для чистого вещества;

г) вычислить коэффициент теплоотдачи для конденсирующего вещества по уравнению

где t_г = t_s – t_ст.г

Н – высота труб;

д) определить удельную тепловую нагрузку по горячему теплоносителю

q_г = _г(t_s – t_ст.г );

е) проверить температуру поверхности стенки со стороны воды

t_ст.х = t_ст.г - qr_ст

или по формуле t_ст.х = t_х + t_cр.х

ж) уточнить коэффициент теплоотдачи воды с учетом множителя (Pr/Pr_ст)^0,25

Критерий Прандтля равен

при этом значения величин, входящих в Pr_ст.х, определять при t_ст.х

;

з) проверить удельную тепловую нагрузку по воде

q_в = _в (t_ст.х - t_ср.х);

е) если расчет выполнен правильно, то q_г = q_в, если же имеются значительные расхождения, то для получения значения удельной нагрузки q_г, определив t_ст.г и t_ст.х, вновь повторить поверочный тепловой расчет.

6.3.18. Вычислить коэффициент теплопередачи

К = q_г / t_ср

6.3.19. Уточнить окончательно поверхность теплообменника

6.3.20. Определить среднюю температуру стенок труб

t_ср.ст = (t_ст.г + t_ст.х)/2

если разность температур между температурой кожуха (t_к = t_s) и средней температурой стенок труб меньше 30^оС, т.е.

t_s - t_ср.ст < 30,

то теплообменник выбирается с неподвижными трубными решетками типа «ТН».

;

з) проверить удельную тепловую нагрузку по воде

q_в = _в (t_ст.х - t_ср.х);

е) если расчет выполнен правильно, то q_г = q_в, если же имеются значительные расхождения, то для получения значения удельной нагрузки q_г, определив t_ст.г и t_ст.х, вновь повторить поверочный тепловой расчет.

6.3.18. Вычислить коэффициент теплопередачи

К = q_г / t_ср

6.3.19. Уточнить окончательно поверхность теплообменника

6.3.20. Определить среднюю температуру стенок труб

t_ср.ст = (t_ст.г + t_ст.х)/2

если разность температур между температурой кожуха (t_к = t_s) и средней температурой стенок труб меньше 30^оС, т.е.

t_s - t_ср.ст < 30,

то теплообменник выбирается с неподвижными трубными решетками типа «ТН».