Проектирование ректификационной установки для непрерывного разделения смеси бензол-толуол

 Вт/м*К

3. Смесь

По формулам для определения средних величин  :

                                         

                           

                 где λ₁ > λ₂

Тогда получим

 кг/м³

 мПа*с

 Вт/м*К

          Определим свойства греющего  водяного пара при Р_абс=2.5 атм и t_ср=126.25º С :

 кг/м³

 мПа*с 

     Для обеспечения развитого турбулентного  режима

      м/с

     Примем  м/с, тогда проходное сечение трубного пространства должно быть менее

       м²

     При ω=0.5 м/с  s_тр = 0.0057 м². Следовательно, можно сделать вывод о том, что выбранный кожухотрубчатый теплообменник не подходит.

     Рассмотрим  теплообменник типа «труба в трубе».

     Примем  диаметр теплообменной трубы  d = 108×5 мм, диаметр кожуховой трубы   D = 159×6 мм. Положим, что в трубном пространстве идет нагрев исходной смеси, а в межтрубном – конденсация пара.

     Примем скорость течения жидкости ω = 0.4 м/с, тогда

       м²

     Примем  скорость пара ω = 15 м/с, тогда

       м²

     Сравним полученные значения со значениями, взятыми  из :

     S_тр = 75.4*10^-4 м² и     s_м.тр = 78.1*10^-4 м².

     Можно сделать вывод о том, что теплообменник  подобран верно.

     Уточним значения скоростей жидкости:

       м/с

     По  уточненным значениям скоростей  пара и жидкости рассчитаем значения критерия Рейнольдса для трубного и пространства:

     d _тр = d _вн = 108 – 2*5 = 98 мм

     

     3.2. Определение температур стенок методом итераций.

     Определим величины, которые не зависят от выбранной наугад температуры стенки:

       Значение тепловой проводимости  загрязнений стенок со стороны  греющего пара , а тепловая проводимость загрязнений стенок органическими жидкостями .

      Толщина стенки теплообменной трубы равна 5 мм. В качестве материала труб выберем обыкновенную сталь с коэффициентом теплопроводности .

      Тогда тепловая проводимость стенки и загрязнений 

 

1. Зададимся температурой стенки со стороны горячего теплоносителя  .

     Тогда температура пленки конденсата

 º С

º С

     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 горячего и холодного теплоносителей;

     В межтрубном пространстве конденсируется греющий пар. Коэффициент теплоотдачи  от конденсирующегося пара:

                                       

где теплопроводность конденсата, Вт/(м^.К);

-плотность конденсата, кг/м³;

удельная теплота конденсации, Дж/кг; 

= 9.81 - скорость свободного падения, м/с²;

-динамическая вязкость конденсата, Па^.с;

= 0.039 -  диаметр трубы, м.

     Величины  , , и определяются при температуре пленки конденсата t _пл :

кг/м³

Па*с

Вт/м*К

*10³ Дж/кг

     Тогда

 Вт/м²*К

     Тогда поверхностная плотность теплового потока горячей стенки определим по формуле: 

     Примем  что

     Определим температуру холодной стенки по формуле:

º С

      Из выше найденных значений  теплофизических параметров при средней температуре смеси найдем значение критерия Прандтля:

     Определим  теплофизические параметры смеси  при температуре стенки со  стороны холодного теплоносителя:

      Исходя из найденных теплофизических  параметров, определим критерий  Прандтля при температуре холодной стенки:

      Зная значение Pr = 4.923; Pr _ст = 3.997  и Re = 93635.61, определим значение числа Нуссельта:

     Зная  критерий Нуссельта, определим коэффициент теплоотдачи холодной стенки по формуле:

                                             

Тогда Вт/м²*К

     Поверхностную плотность теплового потока холодной стенки определим по формуле:

     Сопоставим  q₁ и q₂, а разность выразим в процентах:

Выбранная температура  стенки наугад не подходит.

2. Зададимся температурой стенки со стороны горячего теплоносителя .

     Тогда температура пленки конденсата

º С

º С

     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 горячего и холодного теплоносителей;

     В межтрубном пространстве конденсируется греющий пар. Коэффициент теплоотдачи  от конденсирующегося пара:

                                       

где теплопроводность конденсата, Вт/(м^.К);

-плотность конденсата, кг/м³;

удельная теплота конденсации, Дж/кг; 

= 9.81 - скорость свободного падения,  м/с²;

-динамическая вязкость конденсата, Па^.с;

= 0.039 -   диаметр трубы, м.

     Величины  , , и определяются при температуре пленки конденсата t _пл :

кг/м³

Па*с

Вт/м*К

*10³ Дж/кг

     Тогда

Вт/м²*К

     Тогда поверхностная плотность теплового потока горячей стенки определим по формуле: 

     Примем  что

     Определим температуру холодной стенки по формуле:

º С

      Из выше найденных значений  теплофизических параметров при  средней температуре смеси найдем  значение критерия Прандтля:

     Определим  теплофизические параметры смеси  при температуре стенки со  стороны холодного теплоносителя:

     Исходя  из найденных теплофизических параметров, определим критерий Прандтля при температуре холодной стенки:

      Зная значение Pr = 4.923; Pr _ст = 4.125  и Re = 93635.61, определим значение числа Нуссельта:

     Зная  критерий Нуссельта, определим коэффициент теплоотдачи холодной стенки по формуле:

                                      

                                             

Тогда Вт/м²*К 

     Поверхностную плотность теплового потока холодной стенки определим по формуле:

     Сопоставим  q₁ и q₂, а разность выразим в процентах:

Выбранная температура  стенки наугад не подходит

3. Зададимся температурой стенки со стороны горячего теплоносителя º С.

     Тогда температура пленки конденсата

º С

º С

     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 горячего и холодного теплоносителей;

     В межтрубном пространстве конденсируется греющий пар. Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара:

                                       

где теплопроводность конденсата, Вт/(м^.К);

-плотность конденсата, кг/м³;

удельная теплота конденсации, Дж/кг; 

= 9.81 - скорость свободного падения,  м/с²;

-динамическая вязкость конденсата, Па^.с;

= 0.039 -   диаметр трубы, м.

     Величины  , , и определяются при температуре пленки конденсата t _пл :

кг/м³

Па*с

Вт/м*К

*10³ Дж/кг

     Тогда

Вт/м²*К

     Тогда поверхностная плотность теплового потока горячей стенки определим по формуле: 

     Примем  что

     Определим температуру холодной стенки по формуле:

º С

      Из выше найденных значений  теплофизических параметров при  средней температуре смеси найдем  значение критерия Прандтля: