Расчет и проектирование ректификационной установки. Минимальное флегмовое число. Коэффициент избытка флегмы. Результаты расчетов рабочего флегмового числа, страница 9

.

Режим движения метанола в трубках аппарата

 – турбулентный.

Для расчета процесса теплоотдачи в закрытых каналах при турбулентном режиме движения и умеренных числах Прандтля (Рr < 80) рекомендуется уравнение [4]

,                                                      (37)

где , ,  – критерии Нуссельта, Рейнольдса и Прандтля соответственно;  – отношение, учитывающее влияние направления теплового потока (нагревание или охлаждение) на интенсивность теплоотдачи. Отношение  – принимаем равным 1, тогда

,

.

Принимаем тепловую проводимость загрязнений со стороны греющего пара и этанола [23, табл. XXXІ]

.

Тогда

, где  – толщина стенки теплообменных труб, или

, где  – сумма термических сопротивлений всех слоев, из которых состоит стенка, включая слои загрязнений.

Так как теплообменная трубка тонкостенная (d_вн > 0,5d_н), то для расчета коэффициента теплопередачи применяют формулу для плоской стенки

,                                                                     (38)

где  – коэффициенты теплоотдачи со стороны пара и метанола, Вт/(м²·К);  – сумма термических сопротивлений;

.

Расчетная площадь поверхности теплообменника

 м².

Уточненный расчет коэффициентов теплоотдачи. Окончательный выбор теплообменного аппарата. Уточненным называется расчет коэффициентов теплоотдачи с учетом температур стенки. Расчет температуры стенки выполним методом последовательных приближений.

Первое приближение. Задаемся значением температуры стенки со стороны пара, равным  ºС.

Расчет коэффициента теплоотдачи при конденсации пара с учетом температуры стенки на пучке вертикальных труб будем вести по формуле [23]

,                                                                        (39)

где  = 7356,1 – значение функции при температуре конденсации пара  ºС [23, табл. 4.6]; Н = 2,0 м – высота труб в аппарате;  – разность температур между паром и стенкой, так как  ºС, то  ºС.

По формуле (39)

.

Удельная тепловая нагрузка со стороны пара

.

Рассчитаем температуру стенки со стороны метанола [4]

ºС.

При этой температуре для метанола [23, рис. XІІІ] .

С учетом температуры стенки:

;

.

Удельная тепловая нагрузка со стороны метанола

 .

Сравнивая  и  (<), приходим к выводу, что разница между ними более 5 % [15], поэтому расчет температуры стенки продолжаем, принимая другое значение температуры стенки со стороны пара.

Второе приближение. Рассчитаем значение температуры стенки со стороны пара по формуле

 ºС, где .

Тогда  ºС.

По формуле (39)

.

Удельная тепловая нагрузка со стороны пара

, а температура стенки со стороны метанола

 ºС.

При этой температуре для метанола [23, рис. XІІІ] .

С учетом температуры стенки:

;

.

Удельная тепловая нагрузка со стороны метанола

 .

Во втором приближении разница между  и  менее 5 %

, где  – средняя удельная тепловая нагрузка по результатам расчетов во втором приближении.

Так как ошибка не превышает 5 %, то расчет считается законченным [15].

Удельные тепловые потоки по обе стороны стенки равны (рис. 6).

По формуле (38) найдем коэффициент теплопередачи

.

Площадь поверхности аппарата по формуле (33)

м².

По ГОСТ 15122-79 окончательно выбираем двухходовой теплообменник диаметром 325 мм, с числом труб n = 56 (в одном ходе 28 шт.), длиной теплообменных труб L = 3000 мм и F = 13,0 м².

Обозначение теплообменного аппарата.

1. Диаметр кожуха D = 325 мм  по ГОСТ 9617-76;

2. Тип аппарата ТНВ – теплообменник с неподвижными трубными решетками вертикальный;

3. Условное давление в трубах и кожухе – 1,0 МПа;

4. Исполнение по материалу – M1;

5. Исполнение по температурному пределу О – обыкновенное;

6. Диаметр трубы – 25 мм;

7. Состояние поставки наружной трубы Г – гладкая;

8. Длина труб – 3,0 м;

9. Схема размещения труб  Ш – по вершинам равносторонних треугольников;

10. Число ходов – 2.