Рассчитать и подобрать нормализованную конструкцию кипятильника куба колонны.

Рассчитать тепловую изоляцию для кипятильника К

Подобрать ориентировочно холодильник кубового остатка X.

3.2 Выбор конструкции аппарата

3.2.1 Исходные данные для расчета

Для высоко кипящего компонента:

t₂ = 61,2°С - температура кипения хлороформа [2, табл. XLIV];

r₂= 1530 кг/м³ - плотность [2, табл. IV];

m₂ = 0,00039 Па*с - динамический коэффициент вязкости [2, табл. IX];

s ₂= 0,0217 Н/м - поверхностное натяжение [2, табл. XXIV];

c₂ = 2450 Дж/ (кг*К) - удельная теплоемкость [2, рис. XI];

r₂ = 247600 Дж/кг - удельная теплота парообразования [2, табл. XLV].

кг/м^3,

где с - плотность паров при атмосферном давлении, М - молярная масса хлороформа, Т_к - температура кипения хлороформа.

кг/м³.

Для греющего пара:

В качестве теплоносителя используется насыщенный водяной пар давлением 0.1 МПа.

r₁ = 2264000 Дж/кг - уд. массовая теплота конденсации [2, табл. LVII];

t₁ = 99,1 °С - температура конденсации [2, табл. LVII];

r₁ = 958 кг/м³ - плотность конденсата [2, табл. ХХХIХ];

m₁ = 0,000282Па*с - динамическая вязкость конденсата [2, табл. XXIX];

l₁= 0,0919Вт / (м*К) - коэффициент теплопроводности [2, табл. XXXIX]

3.2.2 Предварительный расчет

Для определения коэффициента теплоотдачи от пара, конденсирующегося на наружной поверхности труб высотой Н, используем формулу:

,

где

-теплопроводность насыщенного водяного пара, Вт/ (мК);

r₁ - плотность конденсата, кг/м³;

- ускорение свободного падения, м/с²;

r₁ - удельная массовая теплота конденсации, Дж/кг;

m₁ - динамическая вязкость конденсата, Па*с;

H - высота труб аппарата, м;

- удельная тепловая нагрузка, Вт/м².

Коэффициент теплоотдачи к кипящей в трубах жидкости определяем по формуле:

где - теплопроводность заданной жидкости, Вт/ (мК);

r₂ - плотность заданной жидкости, кг/м³;

r_{n -} плотность паров над кипящей жидкостью, кг/м³;

r_n⁰ - плотность паров при атмосферном давлении, кг/м³

- поверхностное натяжение кипящей жидкости, н/м;

r₂ - удельная массовая теплота конденсации кипящей жидкости, Дж/кг;

c_{2 -} удельная теплоёмкость кипящей жидкости, Дж/ (кг*К);

m₁ - динамическая вязкость кипящей жидкости, Па*с.

Из основного уравнения теплопередачи и уравнения аддитивности термических сопротивлений следует, что:

Подставляя сюда б₁ и б_2, получаем уравнение относительно неизвестного удельного теплового остатка:

где

- средняя разность температур, єС.

Решив это уравнение относительно q, находим требуемую поверхность:

Определяем тепловую нагрузку аппарата:

Средняя разность температур:

Величина поверхности теплообмена по общему уравнению теплопередачи:

В соответствие с таблицей II.1 [1] принимаем значение коэффициента теплопередачи К_ор=1400 Вт/ (м²*К). Тогда ориентировочное значение требуемой поверхности составит:

В соответствии с таблицей II.6 [1], поверхность близкую к ориентировочной, могут иметь испарители высотой труб H= 3,0 м и диаметром кожуха D = 0,6 м, и Н=4,0 м, D=0,6 м.

Рассмотрим теплообменник с высотой труб Н = 3,0 м, диаметром кожуха D = 0,6 м, поверхностью теплопередачи F = 70 м², d_H = 25x2мм.

В качестве первого приближения примем ориентировочное значение удельной тепловой нагрузки:

кипятильник ректификационная установка изоляция

.

Для определения f (q₁) необходимо посчитать коэффициенты А и В:

Толщина труб 2,0 мм, материал - нержавеющая сталь; l_ст. = 17,5 Вт/ (м*К).

,

Тогда:

.

Примем второе значение q₂=65000 Вт/м²:

Третье, уточнённое, значение q₃ определим в точке пересечения с осью абсцисс хорды, проведённой из точки 1 (; - 4,45) в точку 2 (65000; +0,938) сечения осью абсцисс хорды, проведённой из точки 1 для зависимости f (q) от q:

.

Такую точность определения корня уравнения можно считать достаточной, и q=63068,43 Вт/м² можно считать истинной удельной тепловой нагрузкой. Тогда требуемая поверхность составит:

м²

В выбранном теплообменнике запас поверхности:

.

Масса аппарата M₁ = 1980 кг.

Рассмотрим теплообменник с высотой труб Н = 4,0 м, диаметром кожуха D = 0,6 м, поверхностью теплопередачи F = 75 м², d_H = 25x2мм.

Уточним для этого варианта значение коэффициента А:

Пусть:

.

Тогда:

.

Пусть q₂=59000 Вт/м ^2.

Тогда:

Третье, уточнённое, значение q₃ определим в точке пересечения с осью абсцисс хорды, проведённой из точки 1 (50311,11; - 4,40) в точку 2 (59000; 0,27) сечения осью абсцисс хорды, проведённой из точки 1 для зависимости f (q) от q:

.

Получим:

Такую точность определения корня уравнения можно считать достаточной и q=58497,64 Вт/м² можно считать истинной удельной тепловой нагрузкой.

Тогда требуемая поверхность составит:

В выбранном теплообменнике запас поверхности:

Масса данного аппарата М₂ = 2410 кг.

3.2.3 Выбор оптимального испарителя

Выбранный испаритель является кожухотрубчатым по ГОСТ 15149-79 с размерами:

D = 600 мм - диаметр кожуха;

d_H = 20X2 мм - диаметр труб;

H = 3 м - длина труб;

z = 1 - количество ходов;

п = 240 - количество труб;

F = 70 м² - поверхность теплообмена.

3.2.4 Расчет тепловой изоляции испарителя

Толщину тепловой изоляции d_u определяем из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции от поверхности изоляции в окружающую среду:

где t_ст2 - температура изоляции окружающей среды (t_ст2 = 35⁰C);

t_ст1 - температура изоляции со стороны аппарата (t_ст1 = t_гп= 99,1⁰С);

t_в - температура окружающей среды (воздуха) (t_в = 20⁰С);

л_u - коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/ (м*К).

a_в=9.3+0.058Чt_ст2=9.3+0.058Ч35=11,33Вт/ (м²*К)

Выберем в качестве материала для тепловой изоляции асбест: ?_u = 0,151 Вт/ (м*К).

Тогда толщина тепловой изоляции:

Принимаем толщину тепловой изоляции 0,056 м.

Заключение