2.10. Расчет межтарельчатого уноса жидкости

Определяется коэффициент m, используемый в формуле для уноса жидкости:

а)для верхней части колонны:

.

б) для нижней части колонны:

.

Унос жидкости с тарелки рассчитывается по формуле:

а) для верхней части колонны:

.

б) для нижней части колонны:

.

Значения брызгоуноса находятся в допустимых пределах.

2.11. Проверка работоспособности клапанных тарелок

Определяется сопротивление движению жидкости в переливе:

а) для верхней части колонны:

.

б) для нижней части колонны:

.

Рассчитывается высота слоя невспененной жидкости в сливном устройстве

а) для верхней части колонны:

h¢= .

б) для нижней части колонны:

h¢ = .

Величина вылета ниспадающей струи в переливе находится по формуле:

а) для верхней части колонны:

.

б) для нижней части колонны:

.

Определяется высота парожидкостного слоя в переливе для А и Б секций колонны:

а) для верхней части колонны:

.

б) для нижней части колонны:

.

Рассчитывается максимальная ширина сливного устройства:

.

Находится минимальная допустимая скорость пара в А и Б – секциях для колонны с клапанными тарелками

а) для верхней части колонны:

.

б) для нижней части колонны:

.

Проверяются условия работоспособности клапанных тарелок.

Выбранные клапанные тарелки диаметром 4м обеспечивают выполнение условий работоспособности контактных устройств в А и Б секциях:

- высота парожидкостного слоя H¢_п в переливе меньше расстояния между тарелками;

- вылет струи y меньше ширины перелива S;

- диапазон устойчивой работы клапанных тарелок N > 1.

2.12. Расчет числа реальных тарелок

Находится средний КПД клапанной тарелки

а) для верхней части колонны:

.

б) для нижней части колонны:

.

Рассчитывается число реальных тарелок

а) для верхней части колонны:

.

б) для нижней части колонны:

.

Общее число тарелок в колонне с запасом 20% составит n=18.

Вычисляется высота обечайки аппарата Н_об:

Н _об. = (n - 1) × Н=(18-1)∙0,45=7,65 м.

3. Расчет кожухотрубчатого холодильника

3.1. Тепловой расчёт

Рассчитать и подобрать нормализованный кожухотрубчатый теплообменник для охлаждения кубового остатка ректификационной колонны в количестве кг/с от начальной температуры С до конечной С.

Кубовый остаток – коррозионноактивная органическая жидкость, которая при средней температуре С имеет следующие физико-химические характеристики:

плотность кг/м³;

теплопроводность 0,1124 Вт/(мК);

теплоемкость Дж/(кгК);

динамическая вязкость Пас;

Охлаждение осуществляется водой в режиме С и С.

Тепловая нагрузка аппарата определяется по уравнению теплового баланса:

Вт.

Тогда расход охлаждающей воды составит

кг/с.

Здесь 4190 Дж/(кгК) – теплоемкость воды при ее средней температуре С.

Остальные физические характеристики воды при этой температуре (см. табл. П19) [2]:

кг/м³;

Вт/(мК);

Пас.

В теплообменнике реализуется противоточная схема движения теплоносителей, при этом большая разность температур составляет:

С,

а меньшая разность температур:

С.

Отношение данных величин:

;

поэтому значение температурного напора, развиваемого в теплообменнике должно определяться как среднелогарифмическая разность температур:

38.98 C.

Далее производится ориентировочный выбор теплообменника.

Решение вопроса о том, какой из теплоносителей направить в трубное пространство, определяется его давлением, коррозионной активностью, способностью загрязнять поверхности теплообмена и др. Рассматриваемый пример относится к такому случаю, когда коррозионноактивную среду – кубовый остаток – целесообразно направить в трубное пространство, а охлаждающую воду – в межтрубное.

Принимаем, что течение сред в теплообменнике турбулентное. Минимальное ориентировочное значение коэффициента теплопередачи, соответствующее данному режиму течения теплоносителей, по табл. 2.1 [2] равно , Вт/(м²К). Тогда ориентировочное значение поверхности теплообмена составит

м².

По табл. П1 [2] выбран теплообменник с поверхностью м², имеющий следующие конструктивные параметры:

площадь межтрубного пространства = 0,041 м²;

длина труб м;

диаметр кожуха D = 600 мм;

диаметр труб мм;

число труб n = 370;

число ходов труб z = 2,

число труб в одном ходу .

Уточняется средняя разность температур. Соответствующая поправка определяется по рис. 2.2б [2] с помощью параметров:

;

.

.

С.

Уточненный расчет поверхности теплопередачи производится следующим образом.

Находится число Рейнольдса в трубном пространстве теплообменника

,

где мм.

Число Прандтля будет равно:

В соответствии с формулой, коэффициент теплоотдачи к жидкости, движущейся по трубам в турбулентном режиме ( ), равен

Вт/(м²К).

В данном случае поправкой можно пренебречь, так как разность температур и невелика (менее C).

Минимальное сечение потока в межтрубном пространстве м², поэтому число Рейнольдса, характеризующее режим течения в этой области, будет равно

,

а число Прандтля:

.

Для турбулентного режима в межтрубном пространстве ( , коэффициент теплоотдачи к воде составит

Вт/(м²К).

Поскольку кубовый остаток – органическая жидкость, в соответствии с табл. 2.2 [2] примем термические сопротивления загрязнений равными (м²К)/Вт. Учитывая повышенную коррозионную активность кубовой жидкости, в качестве материала труб целесообразно выбрать нержавеющую сталь. Теплопроводность нержавеющей стали Вт/(мК).

Сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений равна:

(м²К)/Вт.

Коэффициент теплопередачи в теплообменнике определяется по уравнению

Вт/(м²К).

Требуемая поверхность теплообмена составит

м².

Запас по поверхности теплообмена у выбранного теплообменника составляет

.

Таким образом, можно сделать вывод, что рассмотренный вариант теплообменного аппарата обеспечивает заданные условия работы по охлаждению кубового остатка с запасом по теплообменной поверхности 0.32%.