|
p align="left">Дtм=tD-tвкон=16 ъC Дtб=tD-tвнач=41 ъC ъC tср=tD- Дtср=29.32 ъC Определим теплофизические свойства воды при tср=29.32 ъC: · л =0.6167Вт/(м.К) · м=0.8125 мПа.с · с=996.14кг/м3 · в=3.12.10-4 1/К · с=4189Дж/кгК Пусть Кор=500Вт/(м2.К), тогда м2 кг/с м м 0.03<Sтр<0.07 Исходя из сделанных расчетов выбираем: стандартный четырехходовой дефлегматор 20x2 с внутренним диаметром кожуха D=1000 мм, числом труб n=1072, длиной труб l=4м, проходным сечением одного хода Sт=5.1.10-2м, числом рядов труб nр=34 и стандартный шестиходовой дефлегматор 25x2 с внутренним диаметром кожуха D=1200 мм, числом труб n=958, длиной труб l=4м, проходным сечением одного хода Sт=5.2.10-2м, числом рядов труб nр=32. 2.4.4 Холодильник дистиллята Исходные данные: кг/с, tD=56 ъC, tвкон=25 ъC, tвнач=15 ъC, t1кон=25 ъC. Определим среднюю температуру: Дt1=tD-tвкон=31 ъC Дt2=t1кон-tвнач=10 ъC дt1=tD-t1кон=31 ъC дt2=tвкон-tвнач=10ъC ъC ъC так как дt1>дt2, то ъC Определим теплофизические свойства воды при tсрв=20 ъC: · с=4190Дж/кгК · м=1.005 мПа.с t1ср=tвср+ Дtср=20+15.03=35.03 ъC Определим теплоемкость дистиллята при t1ср: Вт кг/с Пусть Кор=300Вт/(м2.К), тогда м2 м м 0.0034<Sтр<0.0068 Определим вязкость смеси при t1ср=35.03 ъC мПа.с мПа.с мПа.с м м 0.013<Sмтр<0.039 Исходя из сделанных расчетов можем выбрать стандартный четырехходовой холодильник c 25x2 внутренним диаметром кожуха D=600 мм, числом труб n=206, длиной труб l=2м,с расстоянием между перегородками в межтрубном пространстве h=300мм, проходным сечением одного хода Sт=1.8.10-2м и числом рядов труб nр=14. 2.4.5 Холодильник кубового остатка. Исходные данные: кг/с, tw=56 ъC, tвкон=25 ъC, tвнач=15 ъC, t1кон=25 ъC. Определим среднюю температуру: Дt1=tw-tвкон=71-25=46 ъC Дt2=t1кон-tвнач=25-15=10 ъC дt1=tw-t1кон=71-25=46 ъC дt2=tвкон-tвнач=25-15=10ъC ъC ъC так как дt1>дt2, то ъC Определим теплофизические свойства воды при tсрв=20 ъC: · с=4190Дж/кгК · м=1.005 мПа.с t1ср=tвср+ Дtср=20+19.24=39.24 ъC Определим теплоемкость дистиллята при t1ср: Вт кг/с Пусть Кор=300Вт/(м2.К), тогда м2 м м 0.003<Sтр<0.006 Определим вязкость смеси при t1ср=39.24 ъC мПа.с мПа.с мПа.с м м 0.0073< Sмтр<0.022 Исходя из сделанных расчетов можем выбрать стандартный двухходовой холодильник 20x2 c внутренним диаметром кожуха D=400 мм, числом труб n=166, длиной труб l=3м, с расстоянием между перегородками в межтрубном пространстве h=250мм, проходным сечением одного хода Sт=1.7.10-2м и числом рядов труб nр=14. 2.5 Подробный расчет дефлегматора В данном разделе подробно рассчитаем один из теплообменников - дефлегматор, выбранный в ориентировочном расчете. Дефлегматор-аппарат, предназначенный для конденсации паров и подачи флегмы в колонну, представляет собой кожухотрубчатый теплообменник, в межтрубном пространстве, которого обычно конденсируется пары, а в трубах движется охлаждающий агент - вода. В качестве хладагента используем воду среднего качества со средним значением тепловой проводимости загрязнений стенок , а тепловая проводимость загрязнений стенок органическими парами . Толщину слоя загрязнения примем равной 2мм. В качестве материала труб выберем нержавеющую сталь с коэффициентом теплопроводности . Тогда термическое сопротивление загрязнений труб Расчет коэффициентов теплоотдачи. Исходные данные: , tD=56 ъC, t2ср=29.32 ъC, , дефлегматор с внутренним диаметром кожуха D=1000 мм, числом труб n=1072, длиной труб l=4м, проходным сечением одного хода Sт=5.1.10-2м и числом рядов труб nр=34, в среднем по 31-32 трубе в ряду. 1. Задаемся температурой стенки ъC Тогда Дt=tD-tст1=56-45=11 ъC tпл=(tкон+tст1)/2=(56+45)/2=50.5 ъC Далее необходимо определить поверхностные плотности теплового потока и сопоставить их, если разница между ними будет меньше 5 %, то можно считать, что процесс установившийся и температура стенки подобранна правильно. , где - коэффициенты теплоотдачи от стенки 1 и 2; , где =0,55- множитель, учитывающий влияние числа труб по вертикали; теплопроводность смеси, Вт/(м.К); -плотность смеси, кг/м3; теплота конденсации, Дж/кг; - скорость свободного падения, м/с; -вязкость смеси, мПа.с; - наружный диаметр труб, м. Коэффициент может быть существенным для вязких конденсатов, а для воды в первом приближении его не учитывают. Определим теплопроводность, плотность, вязкость при определяющей температуре t=50.5 ъC и теплоту конденсации при температуре конденсации: кДж/кг где - теплоты испарения ацетона и четыреххлористого углерода,. , где исходные данные: A1 =72.18; t 1кр=235.1; A2=25.64; t2кр=283.4 ; . мПа.с мПа.с кг/м3 кг/м3 кг/м3 Вт/мК Вт/мК Тогда Тогда поверхностная плотность теплового потока первой стенки определим по формуле: Примем что Определим температуру второй стенки по формуле: Определим коэффициент теплопроводности для воды при t=29.32 ъC с помощью интерполяции справочных данных: Аналогично определим коэффициент теплопроводности для воды при t=34.23 ъC: Определим вязкость жидкости для воды при t=29.32 ъC с помощью интерполяции справочных данных: Па Аналогично определим вязкость воды при t=34.23 ъC: Па Определим теплоемкость воды t=29.32 ъC с помощью интерполяции справочных данных: Аналогично определим теплоемкость воды при t=34.23 ъC: Определим критерий Рейнольдса по формуле: , где - вязкость смеси, Па.с; G- расход воды, кг/с; z- число ходов, z=4; d- внутренний диаметр труб, м; Nтр- количество труб. Определим критерий Прандтля для потока и стенки при температурах tср=29.32ъС, tст=34.23ъС: , где с- теплоемкость воды, Дж/кгК; теплопроводность воды, Вт/(м.К); -вязкость воды, мПа.с. Определим критерий Нуссельта по формуле: Зная критерий Нуссельта, определим коэффициент теплоотдачи второй стенки по формуле: Тогда Тогда поверхностная плотность теплового потока первой стенки определим по формуле: Сопоставим q1 и q2, т разность выразим в процентах: Выбранная температура стенки наугад не подходит. 2. Выбираем новую температуру стенки tст1=44ъС и проводим расчеты аналогично расчетам при температуре стенки ъC Тогда Дt=tD-tст1=56-44=12 ъC tпл=(tкон+tст1)/2=(56+44)/2=50 ъC Необходимо определить поверхностные плотности теплового потока и сопоставить их, если разница между ними будет меньше 5 %, то можно считать, что процесс установившийся и температура стенки подобранна правильно. , где - коэффициенты теплоотдачи от стенки 1 и 2; , где =0,55- множитель, учитывающий влияние числа труб по вертикали; теплопроводность смеси, Вт/(м.К); -плотность смеси, кг/м3; теплота конденсации, Дж/кг; - скорость свободного падения, м/с; -вязкость смеси, мПа.с; - наружный диаметр труб, м. Коэффициент может быть существенным для вязких конденсатов, а для воды его не учитывают. Определим теплопроводность, плотность, вязкость при определяющей температуре t=50 ъC и теплоту конденсации при температуре конденсации: кДж/кг где - теплоты испарения ацетона и четыреххлористого углерода,. , где исходные данные: A1 =72.18; t 1кр=235.1; A2=25.64; t2кр=283.4 ; . мПа.с мПа.с кг/м3 кг/м3 кг/м3 Вт/мК Вт/мК Тогда Тогда поверхностная плотность теплового потока первой стенки определим по формуле: Примем, что Определим температуру второй стенки по формуле: Определим коэффициент теплопроводности для воды при t=29.32 ъC с помощью интерполяции справочных данных: Аналогично определим коэффициент теплопроводности для воды при t=32.5 ъC: Определим вязкость жидкости для воды при t=29.32 ъC с помощью интерполяции справочных данных: Па Аналогично определим вязкость воды при t=32.5 ъC: Па Определим теплоемкость воды t=29.32 ъC с помощью интерполяции справочных данных: Аналогично определим теплоемкость воды при t=32.5 ъC: Определим критерий Рейнольдса по формуле: , где - вязкость смеси, Па.с; G- расход воды, кг/с; z- число ходов, z=4; d- внутренний диаметр труб, м; Nтр- количество труб. Определим критерий Прандтля для потока и стенки при температурах tср=29.32ъС, tст=32.5ъС: , где с- теплоемкость воды, Дж/кгК; теплопроводность воды, Вт/(м.К); -вязкость воды, мПа.с. Определим критерий Нуссельта по формуле: Зная критерий Нуссельта, определим коэффициент теплоотдачи второй стенки по формуле: Тогда Тогда поверхностная плотность теплового потока первой стенки определим по формуле: Сопоставим q1 и q2, т разность выразим в процентах: Выбранная температура стенки наугад не подходит. 3. Используя графический метод, определяем температуру стенки в третьем приближение- ъC (графическое решение приведено в приложение 5). Проводим расчеты аналогичные расчетам, выполненным в пункте 2. Дt=tD-tст1=56-44.8=11.2 ъC tпл=(tкон+tст1)/2=(56+44.8)/2=50.4 ъC Необходимо определить поверхностные плотности теплового потока и сопоставить их, если разница между ними будет меньше 5 %, то можно считать, что процесс установившийся и температура стенки подобранна правильно. , где - коэффициенты теплоотдачи от стенки 1 и 2; , где =0,55- множитель, учитывающий влияние числа труб по вертикали; теплопроводность смеси, Вт/(м.К); -плотность смеси, кг/м3; теплота конденсации, Дж/кг; - скорость свободного падения, м/с; -вязкость смеси, мПа.с; - наружный диаметр труб, м. Коэффициент может быть существенным для вязких конденсатов, а для воды его не учитывают. Определим теплопроводность, плотность, вязкость при определяющей температуре t=50 ъC и теплоту конденсации при температуре конденсации: кДж/кг где - теплоты испарения ацетона и четыреххлористого углерода,. , где исходные данные: A1 =72.18; t 1кр=235.1; A2=25.64; t2кр=283.4 ; . мПа.с мПа.с кг/м3 кг/м3 кг/м3 Вт/мК Вт/мК Тогда Тогда поверхностная плотность теплового потока первой стенки определим по формуле: Примем что Определим температуру второй стенки по формуле: Определим коэффициент теплопроводности для воды при t=29.32 ъC с помощью интерполяции справочных данных: Аналогично определим коэффициент теплопроводности для воды при t=33.89 ъC: Определим вязкость жидкости для воды при t=29.32 ъC с помощью интерполяции справочных данных: Па Аналогично определим вязкость воды при t=33.89 ъC: Па Определим теплоемкость воды t=29.32 ъC с помощью интерполяции справочных данных: Аналогично определим теплоемкость воды при t=33.89 ъC: Определим критерий Рейнольдса по формуле: , где - вязкость смеси, Па.с; G- расход воды, кг/с; z- число ходов, z=4; d- внутренний диаметр труб, м; Nтр- количество труб. Определим критерий Прандтля для потока и стенки при температурах tср=29.32ъС, tст=32.5ъС: , где с- теплоемкость воды, Дж/кгК; теплопроводность воды, Вт/(м.К); -вязкость воды, мПа.с. Определим критерий Нуссельта по формуле: Зная критерий Нуссельта, определим коэффициент теплоотдачи второй стенки по формуле: Тогда Тогда поверхностная плотность теплового потока первой стенки определим по формуле: Сопоставим q1 и q2, т разность выразим в процентах: Температура стенки подобрана верно. Определим коэффициент теплоотдачи по формуле: Зная коэффициент теплоотдачи, определим поверхность теплообмена по формуле: Таким образом, рассчитанное значение коэффициента теплоотдачи больше выбранного нами коэффициента теплоотдачи в ориентировочном расчете дефлегматора, а поверхность теплообмена меньше, чем ориентировочная поверхность теплообмена дефлегматора. Значение поверхности теплообмена стандартного дефлегматора F=269 м2, следовательно дефлегматор выбран с запасом поверхности теплообмена 13%. Вывод В данной курсовой работе мы произвели расчет ректификационной колонны для разделения смеси: ацетон-четыреххлористого углерода при атмосферном давлении. В качестве ректификационной колонны используется аппарат насадочного типа с кольцами Рашига 50мм, обеспечивающий перекрестное движение пара и жидкости, высотой H=6.43м и диаметром D=2м. Был произведен ориентировочный расчет пяти теплообменников: дефлегматора, подогревателя, куба испарителя и двух холодильников (дистиллята и кубового остатка); в результате чего были выбраны: - стандартные куб испаритель с трубами 25x2мм, исполнения 2 по ГОСТ 15119-79 с внутренним диаметром кожуха D=1м, числом труб n=747, длиной труб l=3м и поверхностью теплообмена F=176 м2; - четырехходовой подогреватель по ГОСТ 15121-79 с внутренним диаметром кожуха D=0.6м, числом труб n=334, числом рядов труб np=18, длиной труб l=3м, с проходным сечением одного хода Sт=0.016м2, поверхностью теплообмена F=63 м2; - двухходовой холодильник кубового остатка с трубами 20x2мм по ГОСТ 15122-79 с внутренним диаметром кожуха D=0.4м, с числом труб n=166, длиной труб l=3м, числом рядов труб np=14, с расстоянием между перегородками в межтрубном пространстве h=0.25м, поверхностью теплообмена F=31м2; - четырехходовой холодильник дистиллята с трубами 25x2мм по ГОСТ 15122-79 с внутренним диаметром кожуха D=0.6м, с числом труб n=206, длиной труб l=2м, числом рядов труб np=14, с расстоянием между перегородками в межтрубном пространстве h=0.3м, поверхностью теплообмена F=32м2; - четырехходовой дефлегматор с трубами 20x2мм по ГОСТ 15121-79 с внутренним диаметром кожуха D=1м, числом труб n=1072, длиной труб l=4м, поверхностью теплообмена F=269м2, с числом рядов np=34 и проходным сечением одного хода Sтр=0.051м; - шестиходовой дефлегматор с трубами 25x2мм по ГОСТ 15121-79 с внутренним диаметром кожуха D=1.2м2, числом труб n=958, длиной труб l=4м, поверхностью теплообмена F=301м2, с числом рядов np=32 и проходным сечением одного хода Sтр=0.052м. Подробно рассчитаны два дефлегматора: четырехходовой - вручную, шестиходовой - с помощью ЭВМ (приложение 6). Выбор дефлегматора зависит от конкретных критериев. В случае необходимости получения более высокой скорости протекания процесса необходимо использовать шестиходовой дефлегматор, так как скорость возрастает в число раз равное числу ходов, а в случае, когда в качестве основного критерия применяется минимизация затрат - четырехходовой. Для изготовления аппарата выбрана нержавеющая сталь марки 12Х18Н10Т по ГОСТ 5949-75 с коэффициентом теплопроводности . Список использованной литературы 1. Основные процессы и аппараты химической технологии /Пособие по проектированию/, Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Под. ред. Ю.И. Дытнерского, 2-ое изд. перераб. и дополнен. М: Химия, 1991 - 496 с. 2. Справочник химика том V, под ред П.Г.Романкова, 2-ое изд. перераб. и дополнен.Л Химия, 1968-975с. 3. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии /Учебное пособие/, К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков, 9-ое изд. перераб. и дополнен. Л. Химия,1987-575с. 4. Курсовое проектирование по процессам и аппаратам химической технологии. Краткие справочные данные /Метод указания/. ЛТИ им. Ленсовета - Л.: 1989, 40 с.
Страницы: 1, 2, 3
| 
