Ректификация (стр. 8 из 13)
Найдем конечную температуру смеси по диаграмме состав-температура (приложение 1), она равна: Tcmk = 60.38 0С (при
).t, 0С
98 
70 
60.38
10
F, м2
Найдем среднюю разность температур теплоносителей:
Тогда средние температуры греющей воды и смеси находятся как:
; 
.Далее, зная среднюю температуру, найдем интересующие нас параметры теплоносителей при данной температуре:
Плотность: плотность смеси при данной температуре найдем по формуле (13) и зависимостям плотности компонентов данной смеси от температуры (14а, б):
ацетон:
кг/м3метанол:
кг/м3 
кг/м3.Плотность воды найдем из экспериментальных данных с помощью интерполяции:
кг/м3.Вязкость: динамический коэффициент вязкости определяем по аддитивной формуле (17) и зависимостям вязкости компонентов данной смеси от температуры (18а, б):
ацетон:
метанол:
.Вязкость воды найдем из экспериментальных данных с помощью интерполяции:
.Теплоемкость:
Теплоемкость смеси найдем по аддитивной формуле:
(49)где с1и с2 - теплоемкости легколетучего компонента и инертной фазы соответственно,
, которые зависят от температуры и подчиняются зависимостям: 
(50а) 
(50б)Тогда получим:
.Теплоемкость воды найдем из экспериментальных данных с помощью интерполяции:
.Теплопроводность: теплопроводность найдем по аддитивной формуле:
(51)где l1 и l2 - теплопроводности легколетучего компонента и инертной фазы соответственно,
, которые зависят от температуры и подчиняются зависимостям: 
(52а) 
(52б)Тогда получим:
.Теплопроводность воды также найдем из экспериментальных данных с помощью интерполяции:
.Теперь запишем уравнение теплового баланса для теплообменника:
(53)Из него найдем массовый расход греющей воды:
, 
, 
.Для того, чтобы рассчитать величину теплообменной поверхности, необходимо найти коэффициент теплопередачи:
(54)где
- термические сопротивления стенки и загрязнений соответственно, 
; по справочнику 
) - 
- коэффициенты теплоотдачи теплоносителей (от стенки к смеси и от воды к стенке соответственно, 
, находятся по формуле: 
(55)где Nu - критерий Нуссельта, зависит от вида передачи тепла между теплоносителями;
d - характерный размер системы (dвнили dнар), м;
l - коэффициент теплопроводности теплоносителей,
.Следует отметить, что нахождение коэффициентов теплоотдачи является главной задачей расчета теплообменного аппарата.
Для начала зададим ориентировочное значение Kор (по справочнику [1]), и найдем ориентировочное значение теплообменной поверхности (Kор = 300 
):
Получим:
.Из данной величины следует, что проектируемый теплообменник может быть любым, кроме теплообменника “труба в трубе", так как существуют большие термические напряжения, связанные с большой разностью температур теплоносителей.
Для интенсивного теплообмена попробуем подобрать аппарат с турбулентным режимом течения теплоносителей. Смесь направим в трубное, а воду - в межтрубное пространство.
А) В теплообменных трубах
20*2 мм теплообменников скорость течения смеси при 
должна быть более: 
.Проходное сечение трубного пространства при этом должно быть менее:
.В) В теплообменных трубах
25*2 мм теплообменников скорость течения смеси при должна быть более: 
.Проходное сечение трубного пространства при этом должно быть менее:
.Под эти условия подходят одноходовые теплообменники:
20*2 - 159 мм, 
25*2 - 159 мм. Однако, учитывая, что поверхность теплообмена одного такого теплообменника мала, то придется использовать несколько последовательно соединенных, что является их существенным недостатком. Поэтому не исключаем применение многоходовых теплообменников и большего диаметра, но одного.Рассмотрим намеченные теплообменники:
Вариант 1: Кожухотрубчатый теплообменник диаметром 159 мм с трубами
20*2 мм (ГОСТ 15120-79):Скорости и критерии Рейнольдса теплоносителей:
Смесь:
(56)
где
- проходное сечение трубного пространства; n - число труб; dвн - внутренний диаметр трубы, м.