3.2.2 Тепловий розрахунок та елементи конструктивного розрахунку апарату

Визначаємо теплове навантаження дефлегматору по формулі:

[2, с. 682]

де r - питома теплота пароутворення НК при температурі кипіння, Дж/кг. r = 393,2 кДж/кг [4, с. 524]

Вт

Витрати води у дефлегматор визначаємо по формулі:

де - питома теплоємкість води, Дж/(кг К)

кг/с

Приймаємо початкову температуру води 20^оС, та визначимо середній температурний напор у апараті.

80,2 → 80,2

20 → 40

= 60,2 = 40,2

Так як < 2, то ^оС

Відповідно до таблиці 4.8 [4, с. 169] орієнтовно приймаємо коефіціент теплопередачі від пари органічної речовини , що конденсується до води

К_ор = 600 Вт/(м² К), та визначимо орієнтовне значення поверхності теплопередачі:

м²

Приймаємо режим руху води стійкий турбулентний Re₂ = 15000 та визначаємо відношення для конденсатора із труб діаметром 252,5 мм

де n – загальна кількість труб;

z – число ходов по трубному простору;

d – внутрішній діаметр труб, м;

 - в’язкість води при середній температурі води, Па с.

^оС ₂ = 0,801 · 10^-3 Па с [2, с. 806]

Відповідно до твблиці 2.9 [2, с. 806] співвідношення приймає найбільш близке значення до розрахованого у конденсаторів з діаметром кожуха 600 мм, діаметром труб 252,5 мм, числом ходів - 6 та загальний числом труб - 196. Найбільш близьку до розрахованої орієнтовної поверхні теплопередачі має нормалізований апарат з площадью поверхні теплообміну 46 м² та довжиною труб 3,0 м.

Дійсну швидкість води в апараті розраховуємо за формулою:

де  - густина води при середній температурі води, кг/м³.

₂ = 995 кг/м³ [2, с. 804]

м/с

Дійсне значення критерію Рейнольдса для води має значення:

тобто режим руху води сатійкий турбулентний.

Коефіціент тепловіддачі з боку води розраховуємо по формулі:

[2, с. 384]

де Nu₂ – критерій Нусельта для води;

₂ - коефіціент теплопроводності для води при середній температурі

води, Вт/(м К); ₂ = 0,61 кг/м³ [2, с. 810]

При русі теплоносія по трубам в турбулентному режимі приймаємо наступну формулу для розрахунку критерію Нусельта:

[2, с. 389]

де Pr – критерий Прандтля для води при середній температурі води

Pr = 5,42 [4, с. 520]

Вт/(м² К)

Коефіціент тепловіддачі з боку бензолу розраховуємо за формулою:

[2, с. 390]

де Nu_пл – критерій Нусельта;

₁ - коефіціент теплопроводності для конденсату бензолу при його температурі кипіння, Вт/(м К); ₁ = 0,151 кг/м³ [2, с. 810];

_пл – приведена товщіна плівки, м

В разі плвікової конденсації на зовнішньої поверхні вибір розрахункової формцли для кри терія Нусельта залежить від режиму руху.

Розрахуємо критерій Рейнольдса по формулі:

[2, с. 170]

де Г – густина течії конденсату;

 - в’язкість конденсату бензолу при йоготемпературі кипіння, Па с.

₂ = 0,317 · 10^-3 Па с [2, с. 808]

Густину течії конденсату визначаємо за формулою:

де П – змочений періметр, м

кг/(м³ с)

Так як Re_пл = 290 < 400, то розрахунок критерію Нусельта ведемо по формулі: [2, с. 395],

Приведену товщіну плівки розраховуємо за формулою:

[2, с. 390],

де ₁ – густина конденсату бензола при його температурі кипіння, кг/м³

₁ = 815 кг/м³ [2, с. 804]

g – прискорення сили ваги, м/с²

м

Вт/(м² К)

Приймаємо:

- термічний опор з боку води (м² К)/Вт

- термічний опор з боку бензолу (м² К)/Вт

- термічний опор стінки трубки (м² К)/Вт

________________________________________________________________

(м² К)/Вт

де  - товщіна стінкі трубки, м;

 - коефіціент теплопровідності сталевої трубки, Вт/(м К)

Коефіціент теплопередачі визначаємо по формулі:

[2, с. 373]

Вт/(м² К)

Площа поверхні теплообміну становить:

м²

Приймаємо у якості дефлегматору один вертикальний кожухотрубчастий теплообмінник з наступною характеристикою:

- площа поверхні теплообміну 40 м²;

- діамет обичайки 600 мм;

- загальна кількість труб 196;

- кількість ходів по трубному простору 6;

- діаметр труб 25  2 мм;

- довжина труб 3000 мм

Запас поверхні становить: