Расчет испарителя

Тепловой и конструктивный расчет.

Назначение испарителя – испарить жидкость в куб колонны. Образующийся пар поступает к кипящей тарелке. Испарители выполняются в виде вертикальных кожухотрубных теплообменников. В данном курсовом проекте испаритель вынесен за пределы колонны в качестве самостоятельного теплообменника в целях облегчения его ремонта и замены.

Из теплового баланса колонны необходимое тепло .

С учетом потерь в окружающую среду тепловая нагрузка испарителя

,

где - КПД теплообменников.

.

Температура кипения кубового остатка , температура греющего пара

.

Средний температурный напор

.

Коэффициент теплопередачи определим графоаналитическим методом.

Поверхностная плотность теплового потока от пара к стенке

Температура насыщения . Высоту труб теплообменника принимаем .

Таблица 3.1– К графику зависимости .

, °С	5	10	15	20	25	30	35	40
, Вт/м2	28167, 3	47371, 6	64207, 7	79669, 3	94183, 2	107983, 9	121218, 6	133987, 2

Поверхностная плотность теплового потока через стеку трубы (принимаем стальные трубки 23/25 мм, [4], толщиной стенки ).

.

Таблица 3.2– К графику зависимости .

, °С	5	10	15	20	25	30	35	40
, Вт/м2	232500	465000	697500	930000	1162500	1395000	1627500	1860000

Поверхностная плотность теплового потока через накипь (принимаем теплопроводность накипи , толщина слоя накипи ).

.

Таблица 3.3– К графику зависимости .

, °С	5	10	15	20	25	30	35	40
, Вт/м2	17450	34900	52350	69800	87250	104700	122150	139600

Поверхностная плотность теплового потока от стенки к воде

Теплопроводность жидкости

.

При теплопроводность этилового спирта , теплопроводность воды . Теплопроводность жидкости

.

Число Прандтля для жидкости

При число Прандтля для этилового спирта , для воды . Для жидкости число Прандтля .

Число Рейнольдса

Скорость жидкости принимаем , внутренний диаметр труб , коэффициент кинематической вязкости жидкости

При коэффициент кинематической вязкости для этилового спирта , для воды . Для жидкости коэффициент кинематической вязкости .

Число Рейнольдса для жидкости

. Турбулентный режим движения жидкости в трубах.

Таблица 3.4 – К графику зависимости .

, °С
, Вт/м2	50607, 3	101214, 6	151821, 9	202429, 2	253036, 5	303643, 8	354251, 1	404858, 4

При установившемся режиме .

Рисунок 3.1 – К определению удельного теплового потока.

Из графика находим при .

Поверхность нагрева испарителя

.

Количество труб

,

где - площадь поверхности теплообмена,

- средний диаметр трубы,

- длина труб.

.

Шаг труб

мм.

По [2] выбираем кожухотрубчатый испаритель с неподвижными трубными решетками с температурным компенсатором на кожухе ИН-600, одноходовой, с поверхностью теплообмена 61 м², длиной труб 3000 мм, общей длиной аппарата 4080 мм, стальными трубами 23/25 мм, внутренним диаметром кожуха 400 мм, число труб в испарителе 257, разбивка труб по шестиугольникам.

3.2 РАСЧЕТ ПОДОГРЕВАТЕЛЕЙ ИСХОДНОЙ СМЕСИ

В первом подогревателе исходной смеси в качестве греющего теплоносителя используются кубовые остатки. Их температура на входе в подогреватель . Исходная смесь в подогреватель поступает со склада с температурой . Ее температуру за первым подогревателей принимаем равной . Тепловой поток, отданный исходной смеси в первом подогревателе

,

где - расход исходной смеси;

- температуры смеси на входе и на выходе из теплообменника, ;

- КПД подогревателя;

-теплоемкость исходной смеси при средней температуре смеси .

Теплоемкости воды и этилового спирта из [4] . Теплоемкость исходной смеси

.

Температуру конденсата на выходе из подогревателя принимаем равной . Тепло, отданное кубовыми остатками

,

где - расход кубовых остатков;

- температуры кубовых остатков на входе и на выходе из теплообменника, ;

- КПД подогревателя;

- теплоемкость кубовых остатков при средней температуре кубовых остатков . Теплоемкости воды и этилового спирта из [4] . Теплоемкость кубовых остатков

. Это больше количества тепла, требуемого на нагрев свежей смеси до температуры . Следовательно, исходная смесь будет нагрета.

Средний логарифмический температурный напор в подогревателе

Движение теплоносителей в подогревателе принимаем противоточным.

.

Задаемся коэффициентом теплопередачи .

Поверхность теплообмена

.

Принимаем 1 двухходовой теплообменник с поверхностью теплообмена 57 м². Диаметр труб 25 мм, длина труб 3000 мм.

Во втором подогревателе исходной смеси в качестве греющего теплоносителя используется пар от того же источника и с теми же параметрами, что и греющий пар, идущий в испаритель. Конденсат от испарителя из-за малого расхода использовать в качестве греющего теплоносителя не целесообразно, охлажденный в холодильнике он может быть использован на собственные нужды предприятия. Температура конденсирующегося пара на входе и на выходе из подогревателя , скрытая теплота парообразования . Исходная смесь в подогреватель поступает из первого подогревателя с температурой . Ее температуру за первым подогревателей принимаем равной . Тепловой поток, отданный исходной смеси во втором подогревателе

,

где - расход исходной смеси;

- температуры смеси на входе и на выходе из теплообменника, ;

- КПД подогревателя;

- теплоемкость исходной смеси при средней температуре смеси

. Теплоемкости воды и этилового спирта из [4] . Теплоемкость исходной смеси

.

Расход греющего пара

.

Средний логарифмический температурный напор в подогревателе

.

Задаемся коэффициентом теплопередачи .

Поверхность теплообмена

.

Принимаем двухходовой теплообменник с поверхностью теплообмена 13 м². Диаметр труб 25 мм, длина труб 3000 мм.