2.2 Тепловой расчёт генератора

В качестве исходных данных имеем:

количество дистиллята ,

массовое содержание аммиака в исходной смеси ,

массовое содержание аммиака в дистилляте ,

массовое содержание аммиака в кубовом остатке ,

флегмовое отношение ,

кратность циркуляции .

Определяем количество исходной смеси и кубового остатка по следующим формулам:

, (25)

,

, (26)

.

Определяем молярные доли аммиака в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке. Молекулярная масса аммиака , воды .

, (27)

,

,

Для определения числа тарелок графическим методом строим диаграмму равновесия для бинарной смеси аммиак - вода.

Рисунок 8 - Диаграмма равновесия для бинарной смеси аммиак-вод

Таблица 1 - Таблица равновесия для бинарной смеси аммиак-вода

, (28)

,

Определяем минимальное флегмовое число:

, (29)

По графику равновесия определяем действительное число тарелок . Одну тарелку используем на насадку.

Принимая КПД тарелки зт=0,5, определяем действительное число тарелок:

, (30)

Уравнения рабочих линий:

а) верхней части колонны

, (31)

б) нижней части колонны

, (32)

Средние концентрации жидкости:

а) верхней части колонны

, (33)

б) нижней части колонны

Средние концентрации пара находим по уравнениям рабочих линий:

а) верхней части колонны

б) нижней части колонны

Средние температуры пара определяем по диаграмме (рис.2):

а) верхней части колонны

при

б) нижней части колонны

при

Средние мольные массы и плотности пара:

, (34)

(35)

а) ,

.

б) ,

.

Средняя плотность пара в колонне:

.

Температура вверху колонны при равняется , а в кубе-испарителе при она равняется . Плотность жидкого аммиака при , а воды при . Принимаем среднюю плотность жидкости в колонне:

, (36)

,

, (37)

Объемный расход проходящего через колонну пара при средней температуре в колонне:

, (38)

,

(39)

где .

Диаметр колонны:

, (40)

Принимаем диаметр колонны , тогда скорость пара в колонне будет равна:

, (41)

Высота тарелочной части колонны:

, (42)

где - расстояние между тарелками.

Для диаметра колонны принимаем расстояние между тарелками равным . Тогда:

Произведем расчет насадочной части колонны. Выбираем насадку из керамических колец Рашига.

Для беспорядочно засыпанных керамических колец Рашига размером 25Ч25Ч3 мм: удельная поверхность и свободный объем .

Диаметр насадочной части колонны:

(43)

Скорость пара определяется следующим путем. Сначала рассчитываем фиктивную скорость пара в точке захлебывания (инверсии) по уравнению (при >>):

, (44)

где - удельная поверхность насадки, ;

- ускорение свободного падения, ;

- свободный объем насадки, ;

и - плотности пара и жидкости, ;

- динамический коэффициент вязкости жидкости;

G и D - массовые расходы жидкости и пара, ;

А=0,125 - для ректификационных колонн в режиме эмульгирования.

, (45)

где .

,

,

,

,

Определяем рабочую скорость пара для колонн, работающих в пленочном режиме:

, (46)

,

Принимаем диаметр насадочной части колонны .

Определяем высоту насадочной части колонны:

, (47)

где - эмпирический коэффициент для большинства органических

жидкостей; для керамических колец принимается равным - 88;

- диаметр выбранных колец насадки, мм;

=35 - молекулярная масса разгоряченной смеси;

- плотность флегмы, ;

- коэффициент, учитывающий смачивание насадки, ;

- средняя температура в колонне, К.

Высота насадочной части

Определяем высоту колонны:

, , ,

,

Расстояние между тарельчатой частью и насадкой примем равной 450 мм.

Тогда:

2.3 Расчёт испарителя

Тепловой расчет испарителя для охлаждения жидкого хладоносителя, рассола - раствора NH3 в воде, ведут по формуле:

(48)

Если заданная холодопроизводительность установки равна Qо , то с учетом тепловых потерь в окружающую среду тепловая нагрузка испарителя определится формулой:

.

,

, (49)

Тогда:

Выбираем аммиачный кожухотрубчатый испаритель завода "Компрессор" марки 180-ИКТ.

Количество рассола, циркулирующего в системе испарителя,

(50)

где - изобарная теплоемкость рассола,

- температура рассола на входе в испаритель,

- температура рассола на выходе из испарителя.

Скорость движения рассола в трубах испарителя определяется по формуле:

, (51)

где: - плотность рассола;

- площадь сечения одного хода по трубам, определяется по формуле:

, (52)

здесь - внутренний диаметр труб испарителя;

- общее число труб;

- число ходов труб испарителя.

,

Коэффициент теплопередачи испарителя определяется двумя методами, результаты которых сравнивают.

I метод

Коэффициент теплопередачи:

, (53)

где - поверхность теплообмена испарителя; определяется по

типоразмеру испарителя;

- средняя разность температур между аммиаком и рассолом,

определяется по выражению;

, (54)

где - температура испарения аммиака.

II метод

Тепловой поток через трубы испарителя находят по формуле:

(55)

Коэффициент теплопередачи определяется по выражению:

,

где - коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к аммиаку;

- коэффициент теплоотдачи от рассола к стенке трубы;

и - диаметр труб, соответственно внутренний и наружный;

- толщина стенки труб, слоя загрязнения маслом и

отложением соли, соответственно;

- коэффициент теплопроводности металла трубы, масла и соли.

Для аммиачных испарителей принимают:

, ,

, .

Термическим сопротивлением стенки трубы ст/ст в расчете можно пренебречь.

Величина коэффициента определяется из выражения:

Величина коэффициента находится по формуле:

(56)

где - критерий Нуссельта;

- коэффициент теплопроводности рассола.

Значение критерия Нуссельта определяют из критериального уравнения:

, (57)

в котором:

, (58)

,

, (59)

,

(60)

(61)

.

здесь - динамический коэффициент вязкости рассола.

Тогда:

,

, (62)

.