Расчет дефлегматора ректификационной колонный для разделения бензол-хлорбензол

мольные доли компонентов в конденсате; в случае полной конденсации пара x_i=y_i

Вязкость компонентов конденсата:

μ₁=0,23*10^-3 Па*с; μ₂=0,3*10^-3 Па*с

Коэффициент теплопроводности пленки конденсата λ рассчитывают приближенно по формулам

Где λ_i – коэффициенты теплопроводности компонентов конденсата

Коэффициент теплоотдачи от пара к трубам для вертикального аппарата α’_{1 верт} в соответствии с уравнением

Для горизонтального аппарата коэффициент теплоотдачи от пара к трубам α’_1,гор

Величина критерия Рейнольдса для воды:

Коэффициент теплоотдачи от труб к воде α₂ при устойчивом турбулентном течении (Re>10⁴) рассчитывается из соотношения

Где d_экв – эквивалентный диаметр канала (d_экв=d_вн)

Нам неизвестна температура t_ст2 (температура стенки со стороны жидкости), поэтому в первом приближении принимаем отношение (Pr/Pr_ст)^0,25=1,0. Величину этого отношения уточним  последующим расчетом.

Примем термическое сопротивление со стороны конденсирующегося пара органических веществ

r₁=1/11600=0,00009 (м²*К)/Вт, а со стороны воды r₂=1/1860=0,00054 (м²*К)/Вт. Для легированной стали коэффициент теплопроводности λ_ст=17,5 Вт/(м*К). Тогда термическое сопротивление стенки r_ст=δ_ст/λ_ст=0,000114 (м²*К)/Вт.

Сумма термических сопротивлений r:

Коэффициенты теплопередачи для вертикального и горизонтального аппаратов соответственно:

Расчетная площадь поверхности теплопередачи для вертикального и горизонтального аппарата соответственно:

Для вертикального аппарата расчетная площадь поверхности теплопередачи, F’_{расч.верт}=57 м² оказалась больше номинальной нормализованного аппарата F_норм=49 м², поэтому следует отказаться от варианта установки вертикального аппарата.

Для горизонтального аппарата запас площади поверхности теплопередачи ∆’_гор составляет

Такой запас площади поверхности теплопередачи является допустимым.

Рассчитаем температуру стенок со стороны пара t’_ст1 и воды t’_ст2 для горизонтального аппарата из соотношения для поверхностной плотности теплового потока q

Откуда:

Разность температур

∆t=t_п-t’_ст1=105,5-67=37,7 ⁰С

Значение ∆t не превышает 40 ⁰С, поэтому уточнения не требуются.

Расчет варианта 3

Коэффициенты теплоотдачи от пара к стенкам труб для вертикального и горизонтального аппаратов при средней температуре пленки конденсата t_пл=105,5

Критерий Рейнольдса для воды при t_ср=32,5 ⁰С

Коэффициент теплоотдачи от труб к воде α’₂ при устойчивом турбулентном течении жидкости (Re>10⁴)  и при t_ср=32,5 ⁰С, считая (Pr/Pr_ст)^0,25=1,0

Сумму термических сопротивлений r принимаем такой же, как и в предыдущих расчетах варианта 2, а именно r=0,00074 (м²*К)/Вт. Коэффициенты теплопередачи для вертикального и горизонтального аппаратов соответственно

Расчетная площадь поверхности теплопередачи для вертикального и горизонтального аппаратов соответственно

Для вертикального аппарата расчетная площадь поверхности теплопередачи, F’_{расч.верт}=57,9 м² оказалась больше номинальной нормализованного аппарата F_норм=57 м², поэтому следует отказаться от варианта установки вертикального аппарата.

Для горизонтального аппарата запас площади поверхности теплопередачи ∆’_гор составляет

Для горизонтального аппарата запас площади поверхности теплопередачи ∆’_гор несколько завышен,  но все же такой аппарат можно использовать для процесса конденсации пара.

Для горизонтального аппарата рассчитываем температуру стенки со стороны пара t’_ст1 и со стороны воды t’_ст2

Уточним величину отношения (Pr/Pr_ст)^0,25

Критерий Pr_ст при температуре стенки t_ст2 =45 ⁰С

Pr_ст=3,54

(Pr/Prст)^0,25=(5,44/3,54)^0,25=1,11

Уточненное значение коэффициента теплопередачи от труб к воде