Расчет конденсатора паров метилового спирта ректификационной установки

Введение……………………………………………………………………………4
1 Общие сведения о теплообменных аппара-тах…………………………………..5
2 Описание технологической схе-мы……………………………………………..10
3 Расчетная часть………………………………………………………………….12
3.1 Тепловой и материальный расче-ты…………………………………………..12
3.2 Механический рас-чет…………………………………………………………17
3.3 Гидравлический рас-чет……………………………………………………….20
4 Заключе-ние………………………………………………………………………23
5 Приложение А .Чертеж теплообменни-ка………………………………………24
6 Список литерату-ры………………………………………………………….…..

1 Общие сведения о теплообменных аппаратах
Основные типы
Теплообменники по способу передачи теплоты подразделяют на поверхностные, где отсутствует непосредственный контакт теплоносителей, а передача тепла происходит через твёрдую стенку, и смесительные, где теплоносители контактируют непосредственно. Поверхностные теплообменники в свою очередь подразделяются на рекуперативные и регенеративные, в зависимости от одновременного или поочерёдного контакта теплоносителей с разделяющей их стенкой .
Рекуперативный теплообменник - теплообменник, в котором горячий и холодный теплоносители движутся в разных каналах, в стенке между которыми происходит теплообмен. При неизменных условиях параметры теплоносителей на входе и в любом из сечений каналов, остаются неизменными, независимыми от времени, т.е. процесс теплопередачи имеет стационарный характер. Поэтому рекуперативные теплообменники называют также стационарными.
...

2 Описание технологической схемы
Принципиальная схема ректификационной установки представлена на рис. 1. Исходную смесь из промежуточной емкости 1 центробежным насосом 2 подают в теплообменник 3, где она подогревается до температуры кипения. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификацион­ную колонну 5 на тарелку питания, где состав жидкости равен составу исходной смеси хF.

Рис.1 Принципиальная схема ректификационной установки:
1-ёмкость для исходной смеси; 2, 9- насосы; 3- теплообменник-подогреватель; 4 - кипятильник; 5- ректификационная колонна; 6- дефлегматор; 7- холодильник дистиллята; 8- ёмкость для сбора дистиллята; 10- холодильник кубовой жидкости; 11- ёмкость для кубовой жидкости.

Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике 4. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка хW , т. е. обеднен легколетучим компонентом.
...

3.2 Механический расчет
1. Расчет площади сечений трубок и кожуха
Выбранный материал трубок - Сталь 0Х18Н10Т. Допускаемое напряжение 153МПа.
Расчет эквивалентного диаметра:
,
где D-диаметр кожуха, м
dнар-диаметр трубок наружний, м
nобщ- общее количество трубок, шт
dэ=
Площади сечений трубок и кожуха рассчитаются по формулам:




Усилие, растягивающее (сжимающее) трубки и кожуха, обусловленное температурными деформациями, вычисляется по формуле:

где =12.10-6 К-1 - коэффициент линейного расширения материала кожуха
=12.10-6 К-1 - коэффициент линейного расширения материала трубок
= 2,15.109 Pа -модуль упругости материала трубок
= 2,15.109 Pа -модуль упругости материала кожуха
t0 = 200C - температура аппарата при изготовлении
tк - температура кожуха при рабочих условиях,0С
tт- температура трубок при рабочих условиях,0С


Суммарное растягивающее усилие:

где =2.0 МПа -давление в кожухе
=0,6 МПа - давление в трубах

2.
...

3.3 Гидравлический расчет
1. Расчет скорости метилового спирта в штуцерах теплообменника
Ориентировочная величина диаметра штуцера подачи метилового спирта равна:

где D- диаметр кожуха аппарата, м


где G1 - расход метилового спирта, кг/с
-плотность пара при t=64,70С

где М - молярная масса метилового спирта = 60,06 г/моль
=00С


Скорость метилового спирта в штуцерах теплообменника равна


2. Расчет общего сопротивления в трубном пространстве
Количество ходов в межтрубном пространстве - 4.
Коэффициент трения в межтрубном пространстве:

где Re2 - критерий Рейнольдса для движения воды в теплообменнике
- коэффициент шероховатости стали = 0,0001 м

Скорость метилового спирта в вырезе перегородки:

где Sвп- площадь сечения выреза в перегородке =0,07 м2

Общее местное сопротивление в трубном пространстве учитывает вход в распределительную камеру, выход из распределительной камеры, 7 поворотов потока и входов в трубы, 7 выходов из труб и поворотов:
ζ1=1+5.1+5.
...