Toluolni isitish uchun gorizontal issiqlik almashinish qurilmasini hisoblang va loyihalang

1 – rasm. Uzluksiz ishlaydigan rektifikatsion qurilma sxemasi.
1-isitkich; 2 – rektifikatsion kolonna; 3-deflegmator; 4-ajratgich;
5- sovitkich; 6 – distillyat yig‘gich; 7 – qaynatgich; 8 – qodiq mahsulot yig‘gich.
Deflegmatorda bug‘lar to‘la yoki qisman kondensatsiyaga uchraydi. Birinchi holda kondensat ikkiga bo‘linadi. Birinchi qism – flegma qurilmaga qaytariladi, ikkinchi qism esa distillyat (rektifikat) yoki yuqorigi mahsulot sovitkichda sovitilgandan so‘ng yig‘ish idishiga yuboriladi. Ikkinchi holda esa deflegmatorda kondensatsiyaga uchramagan bug‘lar sovitgichda kondensatsiyalanadi va sovitiladi: bu holda ushbu issiqlik almashinish qurilmasi distillyat uchun kondensator - sovitgich vazifasini bajaradi.
Kolonnaning pastki qismidan chiqayotgan qoldiq ham ikki qismga bo‘linadi. Birinchi qism qaynatgichga yuboriladi, ikkinchi qism (pastki mahsulot) esa sovitgichda sovitilgandan so‘ng yig‘ish idishiga tushadi.
Rektifikatsion qurilmalar odatda nazorat-o‘lchash va boshqaruvchi asboblar bilan jihozlangan bo‘ladi. Bu asboblar yordamida qurilmaning ishini avtomatik ravishda boshqarish va jarayonni optimal rejimlarda olib borish imkoni tug‘iladi.

Берилган:

Унумдорлиги 10.4 т/соат бўлган толуолни t₁=34⁰C дан t₂=59⁰C гача иситиш
учун вертикал ғилофсимон иссиқлик алмашиниш қурилмасини ҳисобланг. Иситувчи тўйинган сув буғининг абсолют босими Р_aбc=0,20 МПа


Ечиш:
Сув буғининг конденсацияланиш харорати t_кон=120⁰С (11.LVII жадвал) Ҳарорат схемаси қуйидагича:

120 - 120

34 - 59____

∆t_кат =86⁰C ∆t_кич=61⁰C

t_ка/t_ки = 86/61 ˃2 катта бўлгани учун ўртача ҳароратлар фарқи қуйидаги тенглама билан топилади:
∆tór=(∆t.kat+∆t.kich)/2=(86+61)/2=73.5
Ҳароратларнинг ўртача фарқи:

(1)

Толуолнинг ўртача ҳарорати:

t_эр = t₁ - t_ўр= 120 – 73.5 = 46.5⁰C

Толуолнинг сарфи:

20 т/соатни СИ бирликлар системасига айлантирамиз.
кг/с
(2)
м³/с
бу ерда, –73.5⁰C даги толуолнинг зичлиги. (11.IV - жадвал)
Толуолнинг иситиш учун иссиқлик сарфи:

Q = G₂ · C₂ (t₂ - t₁) (3)

Q = 2.88·1720·(59 - 36) = 123840Вт

бу ерда, – толуолнинг солиштирма иссиқлик сиғими (11.XI - расм).

Иситувчи буғнинг сарфи (7% йўқотишни ҳисобга олинсин).
(4)

бу ерда, r = 2227 ·10³ - сув буғининг конденсацияланиш солиштирма иссиқлиги.
Қурилманинг иссиқлик юзасини максимал тахминий қийматини аниқлаймиз. Жадвал 4.8 бўйича иссиқлик узатиш коэффициенти қийматини оламиз. K=120
У ҳолда
(5)

Оқимнинг ҳаракат режимини (Рейнольдс критерияси) аниқлаймиз.

(6)

бу ерда, d - трубанинг диаметри, 25х2 мм деб оламиз.

- оқимнинг тезлиги; м/с
= 0,4·10^–3 – толуолни 70⁰C даги динамик қовушқоқлик коэффициенти (11.IX - жадвал)
Оқимнинг тезлиги қуйидаги формуладан топилади:
(7)

У ҳолда оқимнинг ҳаракат режими:

Демак, оқимнинг ҳаракати турбулент режим экан.

Толуолнинг 70⁰С даги Прандтл критерийси:


(8)

бу ерда, - 73.5⁰ С даги толуолнинг иссиқлик ўтказиш

коэффициенти.
Толуол учун Нуссельт критерийсини аниқлаймиз.
Турбулент режим учун Nu критерийси қуйидаги формуладан топилади:
(9)



бу ерда,
Е_е= 1 - коэффициент Re га боғлиқ ( 11.6.3-жадвал)
Иссиқлик узатиш коэффициентини аниқлаш:
(10)
бу ерда, - сув буғининг иссиқлик бериш коэффиценти,


– толуолнинг иссиқлик бериш коэффициенти,


– деворнинг термик қаршилиги,

Иссиқлик бериш коэффицентини аниқлаш:

Толуолнинг иссиқлик бериш коэффициентини қуйидаги формуладан топилади:
(11)

Сув буғининг иссиқлик бериш коэффициенти қуйидаги формуладан топилади:

(12)
бу ерда, коэффициент;
– буғдаги ҳаво миқдорига боғлиқ бўлган коэффициент;
B_t – сув буғининг конденсацияланишига боғлиқ бўлган катталик, 112,7⁰С даги (11. 4.6 - жадвал)
n =210 – трубалар сони
L= 3 м – трубалар узунлиги

Деворнинг термик қаршилиги:


(13)
бу ерда, – сув буғи томонидан деворнинг ифлосланиши
– толуол томонидан деворнинг ифлосланиши
– пўлатнинг иссиқлик ўтказиш коэффициенти
0,002 м – трубанинг емирилиши



Иссиқлик узатиш коэффициенти қуйидагига тенг бўлади:

Иссиқлик алмашиниш қурилмасининг ҳисобий иссиқлик алмашиниш юзаси қуйидагига тенг бўлади;

L=3 м бўлганда қурилманинг иссиқлик алмашиниш юзаси қуйидагига тенг бўлади:
м²

Иссиқлик алмашиниш қурилмасининг заҳирадаги иссиқлик алмашиниш юзаси қуйидагига тенг бўлади:

Иситиш юзасининг (F=9 м²) қийматига кўра, диаметри 273 мм, трубалар сони 37 ва труба узунлиги L=3 м бўлган бир йўлли ғилофсимон иссиқлик алмашиниш қурилмасини танлаб оламиз.