Проектирование ректификационной установки для разделения смеси бензол-толуол производительностью по дистилляту 3 кг/с
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
»(t) = 0,151 - 0,000257? t = 0,151 - 0,000257?54,05 = 0,1371 Вт/м?К
?толуол(t) = 0,141 - 0,000235? t = 0,141 - 0,000235?54,05 = 0,1283 Вт/м?К
Вт/м?К
Тогда:
Вт/м2?К
Тогда поверхностную плотность теплового потока первой стенки определим по формуле:
Вт/м2
Примем что q1 = qст = 32891Вт/м2
Определим температуру второй стенки по формуле:
C
Определим физические свойства воды при температуре t ст 2=32,506 0C:
Физическая величинаРасчетная формулаПри температуре tст2 = 32,5060CПлотность (кг/м3)?вода (t) = 1000- 0,062? t - 0,00355? t2994,23Теплопроводность (Вт/(м?К))?вода(t) = 0,5545+0,00246? t - 1,184?10-5? t20,622Теплоемкость (кДж/(кг?К))Свода(t) = 4,215+0,001376? t +1,39?10-5? t24,185Вязкость (мПа?с)?вода(t) =0,00105?0,7914
Определим критерий Прандтля для потока и стенки при температурах
2 = 26,02C , tст2=32,506 C:
, (72)
где с ?теплоемкость воды, кДж/кг?К;
?? теплопроводность воды, Вт/(м?К);
? вязкость воды, мПа?с
Определим критерий Нуссельта по формуле:
(73)
Зная критерий Нуссельта, определим коэффициент теплоотдачи второй стенки по формуле:
(74)
Вт/м2?К
Тогда плотность теплового потока стенки со стороны воды:
Вт/м2
Сопоставим q1 и q2, разность выразим в процентах:
< 5%
Температура стенки подобрана верно.
Определим коэффициент теплоотдачи по формуле:
(75)
Вт/(м2?К)
Зная коэффициент теплоотдачи, определим поверхность теплообмена:
м2
Площадь поверхности теплообмена одного кожухотрубчатого теплообменника по среднему диаметру труб:
(76)
м2
При этом запас поверхности теплопередачи равен:
%
Таким образом, для обеспечения заданных параметров процесса и турбулентного режима течения воды может быть принят кожухотрубчатый двухходовой теплообменник с числом труб 370,длиной 6 м и диаметром кожуха 600 мм.
Гидравлическое сопротивление
Перепад давления для воды, проходящей по трубному пространству теплообменника:
(77)
где z - число ходов по трубам; ? тр ш - скорость в штуцерах, которую находим по формуле:
м/с , (78)
где dшт = 0,15 м - диаметр условного прохода штуцеров для трубного пространства.
? тр = 1,14м/с - рассчитано по формуле (67);
? - коэффициент трения, который рассчитывается как:
(79)
где - относительная шероховатость труб.
Па
Мощность, необходимая для перемещения воды по трубам:
, (80)
Где ? = 0,9 - КПД.
Вт =1,65 кВт
3.5.2 Ламинарный режим
Задаваясь значением критерия Рейнольдса Re 2 =2000 (что соответствует ламинарному режиму течения воды в трубах), определим соотношение n/ z для конденсатора из труб диаметром d н = 252 мм по формуле (64):
где n - число труб, z - число ходов.
Площадь сечения одного хода по трубам по формуле (65):
м2
Выбран кожухотрубчатый конденсатор:
Поверхность теплообмена (по наружному диаметру труб), м273D кожуха, мм800Общее число труб465d труб, мм252Длина труб L, м2Число ходов1St, м216,1
Для обеспечения нужного количества трубок и ламинарного режима устанавливаем 3 таких конденсатора.
Определяем действительное значение критерия Рейнольдса для воды, проходящей в трубном пространстве по формуле (66):
Скорость воды в трубах составит (по формуле (67)):
м/с
Воспользуемся итерационным методом расчета теплового потока. Расчет был выполнен на ЭВМ в MathCAD 13.0. Выбрана температура стенки со стороны конденсирующегося пара органической жидкости t ст 1= 65,03 C.
Рассчитаем при этой температуре.
?t = tD ? tст =84 - 65,03 = 18,97C
Средняя определяющая температура пленки конденсата:
пл = 0,5? (tD + t ст1) = 0,5?(84 + 65,03) = 74,515 C
Далее необходимо определить плотности теплового потока и сопоставить их, если разница между ними будет меньше 5 %, то можно считать, что процесс установившийся и температура стенки подобранна правильно (по соотношению(68)).
Термическое сопротивление загрязнений труб по формуле (69):
(м 2?К)/Вт
Значение коэффициента теплоотдачи при пленочной конденсации пара на наружной поверхности пучка горизонтальных труб:
где ? = 0,57 - множитель, учитывающий влияние числа труб по вертикали;
? ? теплопроводность смеси, Вт/(м?К);
? - плотность смеси, кг/м3;? теплота конденсации (при температуре конденсации rD = 388368 по формуле (53а)), Дж/кг;= 9,81 м/c2 - ускорение свободного падения;
- вязкость смеси, Па?с;- наружный диаметр труб, м.
Определим вязкость, плотность, теплопроводность при средней определяющей температуре пленки конденсата tпл = 74,515 C:
?бензол(t) =0,00878?мПа?с
?толуол(t) =0,0147?мПа?с
мПа?с
?бензол(t) = 0,151 - 0,000257? t = 0,151 - 0,000257?74,515 = 0,132 Вт/м?К
?толуол(t) = 0,141 - 0,000235? t = 0,141 - 0,000235?74,515 = 0,123 Вт/м?К
Вт/м?К
?бензол (t) = 900 - 1,02? t - 0,000538? t2 = 900 - 1,02? 74,515 - 0,000538? 74,5152 = 821,01 кг/м3
?толуол (t) = 884 - 0,884? t - 0,00080? t2 = 884 - 0,884? 74,515- 0,00080? 74,5152 = 813,69 кг/м3
кг/м3
И при температуре стенки tст 1 =65,03 C
?бензол(t) =0,00878?мПа?с
?толуол(t) =0,0147?мПа?с
мПа?с
?бензол(t) = 0,151 - 0,000257? t = 0,151 - 0,000257?65,03 = 0,134 Вт/м?К
?толуол(t) = 0,141 - 0,000235? t = 0,141 - 0,000235?65,03 = 0,126 Вт/м?К
Вт/м?К
Тогда:
Вт/м2?К
Тогда поверхностную плотность теплового потока первой стенки определим по формуле:
Вт/м2
&