Расчет ректификационной установки непрерывного действия для разделения смеси бензол – уксусная кислота (Подбор теплообменного аппарата для подогрева исходной смеси), страница 5

где μ_i – динамическая вязкость i-го жидкого компонента, Па*с /1/.

при 18 ºС

где μ_Б=0,7*10^-3 и μ_ук=1,2*10^-3 – вязкость бензола и уксусной кислоты при 18 ºС;

х=(0,35/78)/(0,35/78+0,65/60)=0,293 кмоль/кмоль смеси – молярная доля бензола.

при 94,31 ºС аналогично

при 56 ºС

2. Расчет разности давлений, необходимой для преодоления гидравлического сопротивления трубного пространства теплообменника.

Скорость движения раствора по трубам согласно уравнению расхода

где ρ_F – плотность смеси при 56 ºС, кг/м³;

d_н – внутренний диаметр трубы, м;

s – толщина стенки трубы, м;

n – число труб в теплообменнике;

z – число ходов.

Критерий Рейнольдса

где μ_см – динамическая вязкость смеси при 56 ºС, Па*с;

d_вн – внутренний диаметр трубы, м.

Коэффициент трения при Re=2120 и d/e=21/0,2=105, где е=0,2 мм – средняя шероховатость внутри стальных труб согласно /1, рис. 1.4/ определяется по формуле

где А=64 – для труб круглого сечения.

Потери на трение в двух последовательных ходах теплообменника

где μ_см – динамическая вязкость смеси при 94,31 ºС;

L – длина труб в теплообменнике, м.

Скорость раствора во входном и выходном штуцерах (принимая диаметры штуцеров 159 х 4,5 мм)

где ρ_F – плотность смеси при 18 ºС, кг/м³.

d_вн.ш – внутренний диаметр штуцера, мм.

где ρ_F – плотность смеси при 94,31 ºС, кг/м³.

Потери давления при входе в трубное пространство теплообменника и выходе из него определяется по формуле

           

где ρ_F – плотность смеси при 18 и 94,31 ºС соответственно, кг/м³;

ξ=1,5 – коэффициент местного сопротивления выхода из штуцера и входа в штуцер.

       

Потери давления на двух входах и двух выходах из труб теплообменника в его камеры определяются по формуле

где ξ=1 – коэффициент местного сопротивления входа и выхода из труб;

ρ_F – плотность смеси при 56 ºС, кг/м³.

Потери давления на поворот потока на 180º в камере

где ξ=2,5 – коэффициент местного сопротивления поворота между ходами.

Таким образом, суммарные потери при прохождении изотермического потока по трубному пространству двухходового теплообменника

Расчет потерь на трубопроводах.

Для расчета потерь на трубопроводах необходимо предварительно задаться значением скорости движения смеси. Согласно данным /1/ принимается значение W=1 м/с, соответствующее течению капельных жидкостей под напором. Тогда внутренний диаметр трубы для участка от теплообменника до колонны определится по формуле

где ρ_F – плотность смеси при 94,31 ºС, кг/м³.

По ГОСТ 9941-81 принимаем трубу 42х2 мм.

Критерий Рейнольдса для горячего участка трубопровода

где μ_см – динамическая вязкость смеси при 94,31 ºС, Па*с;

ρ_см – плотность смеси при 94,31 ºС, кг/м³.

Принимаем шероховатость стальной трубы е=0,2 мм, тогда d/e=38/0,2=190 и коэффициент трения /1, рис. 1.4/ λ=0,032.

Потери на трение на 12,5 - метровом  участке трубопровода

где L – длина горячего участка трубопровода, м.

Потери на местных сопротивлениях горячего участка

где слагаемые в скобках – коэффициенты местных сопротивлений одного поворота, одной задвижки и выхода из трубопровода в колонну /1, табл. 9/.

Таким образом, потери на горячем участке трубопровода составляют

Потери разности давления на холодном участке трубопровода складываются из потерь на собственно трение, на местные сопротивления и на подъем жидкости:

где W_x=(0,95/984)/(0,785*0,038²)=0,852 м/с – скорость холодной жидкости;

d_вн=0,038 м – внутренний диаметр трубопровода, равный принятому выше диаметру горячего участка трубопровода;

λ=0,032 – коэффициент трения /1, рис. 1.4/.

Потери на местные сопротивления холодного участка

 

где в скобках указаны коэффициенты местных сопротивлений для входа в трубопровод из резервуара, двух поворотов и двух задвижек.

Таким образом, потери на холодном участке трубопровода составляют

Затраты удельной энергии на придание потоку скорости

Затраты удельной энергии на подъем холодной жидкости