ْC.
Определяем объемный
расход пара:
кмоль/с
Расход пара в нижней и
верхней части колонны определяется по формуле:
,
где p0=760 мм рт. ст. – атмосферное давление,
T0=273 K-
абсолютная температура.
м3/с
м3/с
Молярную массу паровой
смеси в нижней и верхней части колоны находим по формуле:
кг/кмоль
кг/кмоль
Массовые расходы паров в
нижней и верхней части колоны находим по формуле:
кг/с;
кг/с;
Определим плотности пара
в верхней и нижней части колонны по формуле:
кг/м3
кг/м3
Определим вязкость пара в
верхней и нижней части колонны для ацетона (1) и четыреххлористого углерода
(2):
,
где табличные данные: Па.
с, Па. с,
С1=651,С2=384-
константы уравнения.
а) для нижней части
колонны:
Па.с
Па.с
б) для верхней части
колонны:
Па.с
Па.с
Определим вязкость смеси
пара в нижней и верхней части колонны по формуле:
Па.с
Па.с
Определим плотности
жидкости по формуле:
,
где плотности ацетона, четыреххлористого
углерода соответственно.
а) для нижней части
колонны:
кг/м3
кг/м3
кг/м3
б) для верхней части
колонны:
кг/м3
кг/м3
кг/м3
Определим вязкость смеси
жидкости для нижней и верхней части колонны по формуле:
,
где вязкости ацетона, четыреххлористого
углерода соответственно.
мПа.с
мПа.с
мПа.с
мПа.с
Па.с
Па.с
Поверхностное натяжение смеси
жидкостей в верхней и нижней части колонны определим по формуле:
,
где поверхностное натяжение ацетона,
четыреххлористого углерода соответственно.
Н/м
Н/м
Н/м
Н/м
м/Н
Н/м
м/Н
Н/м
Находим мольные и массовые
расходы жидкости в нижней и верхней части колонны:
кмоль/с
кг/кмоль
кг/с
кг/с
кмоль/с
кг/кмоль
кг/с
кг/с
2.1.4 Расчет теплового
баланса установки
Тепловой баланс ректификационной
колонны выражается общим уравнением:
где QK – тепловая нагрузка куба; QD –количество теплоты, передаваемой от
пара к воде; Qпот – тепловые потери (5%); -теплоёмкости соответствующие
дистилляту, кубовому остатку и исходной смеси; -
температуры соответствующие дистилляту, кубовому остатку и исходной смеси(находим
из диаграммы «Зависимость температуры от равновесных составов пара и жидкости»
приложение 1):
,
, .
Найдем удельную теплоту конденсации паров дистиллята по
аддитивной формуле:
кДж/кг
где - теплоты испарения ацетона и
четыреххлористого углерода при температуре дистиллята ,
.
,
где исходные данные: A1 =72.18; t 1кр=235.1; A2=25.64; t2кр=283.4
;
.
Определим тепловую
нагрузку дефлегматора по формуле:
кВт
Определим теплоёмкости
смеси:
Для ацетона(1): c0=2.11кДж/(кгК); с1=0.0028 кДж/(кгК);
Для четыреххлористого
углерода (2): c0=0.85кДж/(кгК); с1=0.00037 кДж/(кгК);
,
Тогда:
2.2 Гидравлический расчет
насадочной колонны аппарата
бор рабочей скорости
паров обусловлен многими факторами и обычно осуществляется путем
технико-экономического расчета для каждого конкретного процесса. Для
ректификационных колонн, работающих в пленочном режиме при атмосферном
давление, рабочую скорость можно принять на 20% ниже скорости захлёбывания:
(26)
где - скорость захлебывания пара, м/с; – удельная поверхность насадки, м2/м3;
Vсв – свободный объём насадки, м3/м3;
μж – динамический коэффициент вязкости жидкости, мПа∙с; и -
массовые расходы жидкой и паровой фаз, кг/с; и - плотность пара и жидкости
соответственно, кг/м3.
Выбираем в качестве
насадки - стальные кольца Рашига:
Кольца Рашига 25 мм:
в:
н:
Тогда рабочая скорость в
верхней и нижней части колонны равна:
По рабочей скорости
определяем диаметр колонны:
,
где объемный расход пара при рабочих
условиях в колонне, м3/с.
;
;
Выбираем стандартный
аппарат с диаметром 2.2 м, с кольцами Рашига диаметром 25мм и уточняем рабочую
скорость по формуле:
Плотность орошения для
верхней и нижней части колонны определяют по формуле:
,
где U – плотность орошения, м3/(м2.с);
-
объемный расход жидкости, м3/с;
S – площадь поперечного сечения
колонны, м2.
,
где D – диаметр колонны, м.
так как плотность
орошения меньше допустимых значений, то необходимо выбрать кольца Рашига с
меньшим диаметром.
Кольца Рашига 50 мм:
в:
н:
Тогда рабочая скорость в
верхней и нижней части колонны равна:
По рабочей скорости
определяем диаметр колонны:
,
где объемный расход пара при рабочих
условиях в колонне, м3/с.
;
;
Выбираем стандартный
аппарат с диаметром 2 м, с кольцами Рашига диаметром 50мм и уточняем рабочую
скорость по формуле:
Плотность орошения для
верхней и нижней части колонны определяют по формуле:
,
где U – плотность орошения, м3/(м2.с);
-
объемный расход жидкости, м3/с;
S – площадь поперечного сечения
колонны, м2.
,
где D – диаметр колонны, м.
Так как плотность
орошения удовлетворяет допустимым значениям, то в дальнейших расчетах
используем кольца Рашига диаметром 50 мм.
Активную поверхность
насадки находят по формуле:
,
где U – плотность орошения, м3/(м2.с);
-
удельная поверхность насадки, м2 /м3;
p, q – постоянные, зависящие от типа и размера насадки.
Для выбранных колец
Рашига с диаметром 50 мм:
p=0.024, q=0.012.
Определим активную
поверхность насадки в нижней и верхней части колонны:
Одной из важных
характеристик аппарата является гидравлическое сопротивление насадки, который
зависит от режима движения пара (газа). Для расчета необходимо определить число
Рейнольдса:
,
где - вязкость пара.
Определяем значения числа
Рейнольдса для нижней и верхней части колонны:
Определяем коэффициент
сопротивления для верхней и нижней части колонны:
Так как число Reп>40, то
Определяем гидравлическое
сопротивление для верхней и нижней части колонны:
,
где H=1 м – высота слоя.
Па/м
Па/м
,
где b- коэффициент, для колец Рашига 50
мм: b= 47.10-3.
=375.61
Па/м
=1093.32Па/м
2.3 Расчет высоты колонны
Определим коэффициент
диффузии газа для нижней и верней части колонны по формуле:
,
где T – температура газа, К; p- давления газа, кгс/см2; MA,MB- мольные массы газов A и B;
vA,vB- мольный объемы газов А и В,
определяемые, как сумма атомных объемов элементов, входящих в состав газа.
Пусть А – ацетон (МА=58
кг/кмоль);
В- четыреххлористый
углерод (МВ=154кг/кмоль).
см3/атом
см3/атом
м2/с;
м2/с;
Определим коэффициент
диффузии в разбавленных растворах для верхней и нижней части колонны:
,
где М – мольная масса
растворителя;
v- мольный объем диффундирующего
вещества;
T –температура, К;
-
динамический коэффициент вязкости растворителя, мПа.с;
-
параметр, учитывающий ассоциацию молекул растворителя (А=В=1).
м2/с;
м2/с.
Пусть В растворяется в А
(А- растворитель):
м2/с;
м2/с.
Определим коэффициент
диффузии смеси жидкостей для верхней и нижней части колонны по формуле:
м2/с;
м2/с.
По диаграмме «Равновесное
состояние жидкости и пара» определяем коэффициенты распределения нижней и
верхней частей колонны:
Через xн, xв определяем углы α и β
соответственно (приложение 2).
Определяем число единиц
переноса графическим методом интегрирования для нижней и верхней части колонны:
yw=xw=0.06
yD=xD=0.8
x
|
y*
|
y
|
y*-y
|
.102
|
6.00
8.70
17.9
26.4
37.4
45.1
48.00
52.55
56.90
69.6
76.2
80.0
|
20.25
27.10
40.75
48.95
56.55
61.25
63.00
65.50
70.65
75.60
79.85
82.00
|
6.00
10.0
21.0
31.5
42.5
54.0
56.9
61.0
66.5
72.0
77.0
80.0
|
14.25
17.10
19.75
17.45
14.05
7.25
6.10
4.50
4.15
3.60
2.85
2.00
|
7.02
5.84
5.06
5.73
7.12
13.79
16.39
22.22
24.01
27.78
35.09
50.00
|
По данным таблицы строим график
зависимости и определяем площадь под графиком с
помощью метода трапеций для нижней и верхней части колонны, равную числу единиц
переноса (приложение 4):
n0yн=3.029
n0yв=5.51
Определим высоту единиц переноса с
помощью сведущих формул:
а) критерий Рейнольдса для пара и
жидкости в верхней и нижней части колонны:
б) критерий Прандтля для
пара и жидкости в верхней и нижней части колонны:
в) приведенная толщина
жидкой пленки для верхней и нижней части колонны:
г) высота единиц переноса
в газовой фазе для верхней и нижней части колонны:
м
м
д) высота единиц переноса
в жидкой фазе для верхней и нижней части колонны:
м
м
Тогда высота единиц
переноса равна:
м
м
Определим высоту слоя
насадки по формуле:
Тогда общую высоту
аппарата определим по формуле:
2.4 Ориентировочный
расчет теплообменников
Произведем
ориентировочные расчеты пяти теплообменников: куба-испарителя, подогревателя,
дефлегматора и двух холодильников (дистиллята и кубового остатка).
2.4.1 Куб-испаритель
Исходные данные: Qk=3924.32кВт, tw=71ْC
Δt=tгп-tw
Пусть Δt=30ْC, тогда:
tгп= Δt+ tw=101ْC,
при tгп= 101ْC,
pгп=1.0728кгс/см2, rгп=2257.6 кДж/кг
пусть коэффициент
теплопередачи Кор=800Вт/(м2.К)
Определим поверхность
теплообмена по формуле:
м2
По ориентировочной
поверхности теплообмена выбираем стандартный куб-испаритель с внутренним
диаметром кожуха D=1000 мм, числом
труб n=747, с поверхностью теплообмена F=176 м2 и длиной труб l=3м.
2.4.2 Подогреватель
Исходные данные: кг/с, xF=0.48, tF=58.4 ْC, tнач=20 ْC, .
Определим среднюю
температуру:
Δtм=tгп-tF=101-58.4=42.6 ْC
Δtб=tгп-tнач=101-20=81 ْC
ْC
tср=tгп- Δtср=41.23 ْC
Определим вязкость смеси:
мПа.с
мПа.с
мПа.с
Определим теплоемкость
смеси:
Определим количество
теплоты в подогревателе:
Вт
Пусть Кор=300Вт/(м2.К),
тогда
м2
м
м
0.01161<Sтр<0.0232
Исходя из сделанных
расчетов можем выбрать стандартный четырехходовой подогреватель с внутренним
диаметром кожуха D=600 мм, числом труб
n=334, длиной труб l=3м, проходным сечением одного хода Sт=1.6.10-2м и числом рядов труб nр=18.
Определим расход греющего
пара по формуле:
кмоль/с
2.4.3 Дефлегматор
Исходные данные: QD=3703,486 кВт, tD=56 ْC, tвнач=15 ْC, tвкон=40 ْC
Определим среднюю
температуру:
Δtм=tD-tвкон=16 ْC
Δtб=tD-tвнач=41 ْC
ْC
tср=tD- Δtср=29.32 ْC
Определим теплофизические
свойства воды при tср=29.32 ْC:
·
λ
=0.6167Вт/(м.К)
·
μ=0.8125 мПа.с
·
ρ=996.14кг/м3
·
β=3.12.10-4
1/К
·
с=4189Дж/кгК
Пусть Кор=500Вт/(м2.К),
тогда
м2
кг/с
м
м
0.03<Sтр<0.07
Исходя из сделанных
расчетов выбираем: стандартный четырехходовой дефлегматор 20x2 с внутренним диаметром кожуха D=1000 мм, числом труб n=1072, длиной труб l=4м, проходным сечением одного хода Sт=5.1.10-2м, числом рядов труб nр=34 и стандартный шестиходовой дефлегматор 25x2 с внутренним диаметром кожуха D=1200 мм, числом труб n=958, длиной труб l=4м, проходным сечением одного хода Sт=5.2.10-2м, числом рядов труб nр=32.
2.4.4 Холодильник дистиллята
Исходные данные: кг/с, tD=56 ْC, tвкон=25 ْC, tвнач=15 ْC, t1кон=25 ْC.
Определим среднюю
температуру:
Δt1=tD-tвкон=31 ْC
Δt2=t1кон-tвнач=10 ْC
δt1=tD-t1кон=31 ْC
δt2=tвкон-tвнач=10ْC
ْC
ْC
так как δt1>δt2, то
ْC
Определим теплофизические
свойства воды при tсрв=20 ْC:
·
с=4190Дж/кгК
·
μ=1.005 мПа.с
t1ср=tвср+ Δtср=20+15.03=35.03 ْC
Определим теплоемкость
дистиллята при t1ср:
Вт
кг/с
Пусть Кор=300Вт/(м2.К),
тогда
м2
м
м
0.0034<Sтр<0.0068
Определим вязкость смеси
при t1ср=35.03 ْC
мПа.с
мПа.с
мПа.с
м
м
0.013<Sмтр<0.039
Исходя из сделанных
расчетов можем выбрать стандартный четырехходовой холодильник c 25x2 внутренним диаметром кожуха D=600 мм, числом труб n=206, длиной труб l=2м,с расстоянием между перегородками в межтрубном пространстве h=300мм, проходным сечением одного
хода Sт=1.8.10-2м и числом рядов труб nр=14.
2.4.5 Холодильник
кубового остатка.
Исходные данные: кг/с, tw=56 ْC, tвкон=25 ْC, tвнач=15 ْC, t1кон=25 ْC.
Определим среднюю
температуру:
Δt1=tw-tвкон=71-25=46 ْC
Δt2=t1кон-tвнач=25-15=10 ْC
δt1=tw-t1кон=71-25=46 ْC
δt2=tвкон-tвнач=25-15=10ْC
ْC
ْC
так как δt1>δt2, то
ْC
Определим теплофизические
свойства воды при tсрв=20 ْC:
·
с=4190Дж/кгК
·
μ=1.005 мПа.с
t1ср=tвср+ Δtср=20+19.24=39.24 ْC
Определим теплоемкость
дистиллята при t1ср:
Вт
кг/с
Пусть Кор=300Вт/(м2.К),
тогда
м2
м
м
0.003<Sтр<0.006
Определим вязкость смеси
при t1ср=39.24 ْC
мПа.с
мПа.с
мПа.с
м
м
0.0073< Sмтр<0.022
Исходя из сделанных расчетов
можем выбрать стандартный двухходовой холодильник 20x2 c внутренним диаметром кожуха D=400 мм, числом труб n=166, длиной труб l=3м, с расстоянием между перегородками в межтрубном пространстве h=250мм, проходным сечением одного
хода Sт=1.7.10-2м и числом рядов труб nр=14.
2.5 Подробный расчет
дефлегматора
В данном разделе подробно
рассчитаем один из теплообменников – дефлегматор, выбранный в ориентировочном
расчете.
Дефлегматор-аппарат,
предназначенный для конденсации паров и подачи флегмы в колонну, представляет
собой кожухотрубчатый теплообменник, в межтрубном пространстве, которого обычно
конденсируется пары, а в трубах движется охлаждающий агент – вода.
В качестве хладагента
используем воду среднего качества со средним значением тепловой проводимости
загрязнений стенок , а тепловая проводимость
загрязнений стенок органическими парами .
Толщину слоя загрязнения
примем равной 2мм. В качестве материала труб выберем нержавеющую сталь с
коэффициентом теплопроводности .
Тогда термическое
сопротивление загрязнений труб
Расчет коэффициентов
теплоотдачи.
Исходные данные: , tD=56 ْC, t2ср=29.32 ْC, ,
дефлегматор с внутренним диаметром кожуха D=1000 мм, числом труб n=1072, длиной труб l=4м, проходным сечением одного хода Sт=5.1.10-2м и числом рядов труб nр=34, в среднем по 31-32 трубе в ряду.
1. Задаемся температурой
стенки ْC
Тогда
Δt=tD-tст1=56-45=11 ْC
tпл=(tкон+tст1)/2=(56+45)/2=50.5 ْC
Далее необходимо
определить поверхностные плотности теплового потока и сопоставить их, если
разница между ними будет меньше 5 %, то можно считать, что процесс
установившийся и температура стенки подобранна правильно.
,
где - коэффициенты теплоотдачи от стенки 1 и
2;
,
где =0,55- множитель, учитывающий влияние
числа труб по вертикали;
теплопроводность
смеси, Вт/(м.К);
-плотность
смеси, кг/м3;
теплота
конденсации, Дж/кг;
-
скорость свободного падения, м/с;
-вязкость
смеси, мПа.с;
-
наружный диаметр труб, м.
Коэффициент может быть существенным для вязких
конденсатов, а для воды в первом приближении его не учитывают.
Определим
теплопроводность, плотность, вязкость при определяющей температуре t=50.5 ْC и теплоту конденсации при температуре конденсации:
кДж/кг
где - теплоты испарения ацетона и
четыреххлористого углерода,.
,
где исходные данные: A1 =72.18; t 1кр=235.1; A2=25.64; t2кр=283.4
;
.
мПа.с
мПа.с
кг/м3
кг/м3
кг/м3
Вт/мК
Вт/мК
Тогда
Тогда поверхностная
плотность теплового потока первой стенки определим по формуле:
Примем что
Определим температуру
второй стенки по формуле:
Определим коэффициент
теплопроводности для воды при t=29.32 ْC с
помощью интерполяции справочных данных:
Аналогично определим
коэффициент теплопроводности для воды при t=34.23 ْC:
Определим вязкость
жидкости для воды при t=29.32 ْC с
помощью интерполяции справочных данных:
Па
Аналогично определим
вязкость воды при t=34.23 ْC:
Па
Определим теплоемкость
воды t=29.32 ْC с помощью интерполяции справочных
данных:
Аналогично определим
теплоемкость воды при t=34.23 ْC:
Определим критерий
Рейнольдса по формуле:
,
где - вязкость смеси, Па.с;
G- расход воды, кг/с;
z- число ходов, z=4;
d- внутренний диаметр труб, м;
Nтр- количество труб.
Определим критерий
Прандтля для потока и стенки при температурах tср=29.32ْС, tст=34.23ْС:
,
где с- теплоемкость воды,
Дж/кгК;
теплопроводность
воды, Вт/(м.К);
-вязкость
воды, мПа.с.
Определим критерий
Нуссельта по формуле:
Зная критерий Нуссельта,
определим коэффициент теплоотдачи второй стенки по формуле:
Тогда
Тогда поверхностная
плотность теплового потока первой стенки определим по формуле:
Сопоставим q1 и q2, т разность выразим в процентах:
Выбранная температура
стенки наугад не подходит.
2. Выбираем новую
температуру стенки tст1=44ْС и проводим расчеты аналогично расчетам при температуре
стенки ْC
Тогда
Δt=tD-tст1=56-44=12 ْC
Необходимо определить
поверхностные плотности теплового потока и сопоставить их, если разница между
ними будет меньше 5 %, то можно считать, что процесс установившийся и
температура стенки подобранна правильно.
,
где - коэффициенты теплоотдачи от стенки 1 и
2;
,
где =0,55- множитель, учитывающий влияние
числа труб по вертикали;
теплопроводность
смеси, Вт/(м.К);
-плотность
смеси, кг/м3;
теплота
конденсации, Дж/кг;
-
скорость свободного падения, м/с;
-вязкость
смеси, мПа.с;
-
наружный диаметр труб, м.
Коэффициент может быть существенным для вязких
конденсатов, а для воды его не учитывают.
Определим
теплопроводность, плотность, вязкость при определяющей температуре t=50 ْC и теплоту конденсации при температуре конденсации:
кДж/кг
где - теплоты испарения ацетона и
четыреххлористого углерода,.
,
где исходные данные: A1 =72.18; t 1кр=235.1; A2=25.64; t2кр=283.4
;
.
мПа.с
мПа.с
кг/м3
кг/м3
кг/м3
Вт/мК
Вт/мК
Тогда
Тогда поверхностная
плотность теплового потока первой стенки определим по формуле:
Примем, что
Определим температуру
второй стенки по формуле:
Определим коэффициент
теплопроводности для воды при t=29.32 ْC с
помощью интерполяции справочных данных:
Аналогично определим
коэффициент теплопроводности для воды при t=32.5 ْC:
Определим вязкость
жидкости для воды при t=29.32 ْC с
помощью интерполяции справочных данных:
Па
Аналогично определим
вязкость воды при t=32.5 ْC:
Па
Определим теплоемкость
воды t=29.32 ْC с помощью интерполяции справочных
данных:
Аналогично определим
теплоемкость воды при t=32.5 ْC:
Определим критерий
Рейнольдса по формуле:
,
где - вязкость смеси, Па.с;
G- расход воды, кг/с;
z- число ходов, z=4;
d- внутренний диаметр труб, м;
Nтр- количество труб.
Определим критерий
Прандтля для потока и стенки при температурах tср=29.32ْС, tст=32.5ْС:
,
где с- теплоемкость воды,
Дж/кгК;
теплопроводность
воды, Вт/(м.К);
-вязкость
воды, мПа.с.
Определим критерий
Нуссельта по формуле:
Зная критерий Нуссельта,
определим коэффициент теплоотдачи второй стенки по формуле:
Тогда
Тогда поверхностная
плотность теплового потока первой стенки определим по формуле:
Сопоставим q1 и q2, т разность выразим в процентах:
Выбранная температура
стенки наугад не подходит.
3. Используя графический
метод, определяем температуру стенки в третьем приближение-
ْC
(графическое решение приведено в приложение 5).
Проводим расчеты
аналогичные расчетам, выполненным в пункте 2.
Δt=tD-tст1=56-44.8=11.2 ْC
tпл=(tкон+tст1)/2=(56+44.8)/2=50.4 ْC
Необходимо определить
поверхностные плотности теплового потока и сопоставить их, если разница между
ними будет меньше 5 %, то можно считать, что процесс установившийся и
температура стенки подобранна правильно.
,
где - коэффициенты теплоотдачи от стенки 1 и
2;
,
где =0,55- множитель, учитывающий влияние
числа труб по вертикали;
теплопроводность
смеси, Вт/(м.К);
-плотность
смеси, кг/м3;
теплота
конденсации, Дж/кг;
-
скорость свободного падения, м/с;
-вязкость
смеси, мПа.с;
-
наружный диаметр труб, м.
Коэффициент может быть существенным для вязких
конденсатов, а для воды его не учитывают.
Определим
теплопроводность, плотность, вязкость при определяющей температуре t=50 ْC и теплоту конденсации при температуре конденсации:
кДж/кг
где - теплоты испарения ацетона и
четыреххлористого углерода,.
,
где исходные данные: A1 =72.18; t 1кр=235.1; A2=25.64; t2кр=283.4
;
.
мПа.с
мПа.с
кг/м3
кг/м3
кг/м3
Вт/мК
Вт/мК
Тогда
Тогда поверхностная
плотность теплового потока первой стенки определим по формуле:
Примем что
Определим температуру
второй стенки по формуле:
Определим коэффициент
теплопроводности для воды при t=29.32 ْC с
помощью интерполяции справочных данных:
Аналогично определим
коэффициент теплопроводности для воды при t=33.89 ْC:
Определим вязкость
жидкости для воды при t=29.32 ْC с
помощью интерполяции справочных данных:
Па
Аналогично определим
вязкость воды при t=33.89 ْC:
Па
Определим теплоемкость
воды t=29.32 ْC с помощью интерполяции справочных
данных:
Аналогично определим
теплоемкость воды при t=33.89 ْC:
Определим критерий
Рейнольдса по формуле:
,
где - вязкость смеси, Па.с;
G- расход воды, кг/с;
z- число ходов, z=4;
d- внутренний диаметр труб, м;
Nтр- количество труб.
Определим критерий
Прандтля для потока и стенки при температурах tср=29.32ْС, tст=32.5ْС:
,
где с- теплоемкость воды,
Дж/кгК;
теплопроводность
воды, Вт/(м.К);
-вязкость
воды, мПа.с.
Определим критерий
Нуссельта по формуле:
Зная критерий Нуссельта,
определим коэффициент теплоотдачи второй стенки по формуле:
Тогда
Тогда поверхностная
плотность теплового потока первой стенки определим по формуле:
Сопоставим q1 и q2, т разность выразим в процентах:
Температура стенки
подобрана верно.
Определим коэффициент
теплоотдачи по формуле:
Зная коэффициент
теплоотдачи, определим поверхность теплообмена по формуле:
Таким образом, рассчитанное
значение коэффициента теплоотдачи больше выбранного нами коэффициента
теплоотдачи в ориентировочном расчете дефлегматора, а поверхность теплообмена
меньше, чем ориентировочная поверхность теплообмена дефлегматора. Значение
поверхности теплообмена стандартного дефлегматора F=269 м2, следовательно дефлегматор выбран с
запасом поверхности теплообмена 13%.
Вывод
В данной курсовой работе мы произвели расчет ректификационной
колонны для разделения смеси: ацетон-четыреххлористого углерода при атмосферном
давлении. В качестве ректификационной колонны используется аппарат насадочного
типа с кольцами Рашига 50мм, обеспечивающий перекрестное движение пара и жидкости,
высотой H=6.43м и диаметром D=2м.
Был произведен ориентировочный расчет пяти теплообменников:
дефлегматора, подогревателя, куба испарителя и двух холодильников (дистиллята и
кубового остатка); в результате чего были выбраны:
- стандартные куб испаритель с трубами 25x2мм, исполнения 2 по ГОСТ 15119-79 с
внутренним диаметром кожуха D=1м,
числом труб n=747, длиной труб l=3м и поверхностью теплообмена F=176 м2;
- четырехходовой подогреватель по ГОСТ 15121-79 с внутренним
диаметром кожуха D=0.6м, числом труб
n=334, числом рядов труб np=18, длиной труб l=3м, с проходным сечением одного хода
Sт=0.016м2, поверхностью теплообмена F=63 м2;
- двухходовой холодильник кубового остатка с трубами 20x2мм по ГОСТ 15122-79 с внутренним
диаметром кожуха D=0.4м, с числом труб
n=166, длиной труб l=3м, числом рядов труб np=14, с расстоянием между
перегородками в межтрубном пространстве h=0.25м, поверхностью теплообмена F=31м2;
- четырехходовой холодильник дистиллята с трубами 25x2мм по ГОСТ 15122-79 с внутренним
диаметром кожуха D=0.6м, с числом
труб n=206, длиной труб l=2м, числом рядов труб np=14, с расстоянием между
перегородками в межтрубном пространстве h=0.3м, поверхностью теплообмена F=32м2;
- четырехходовой дефлегматор с трубами 20x2мм по ГОСТ 15121-79 с внутренним диаметром
кожуха D=1м, числом труб n=1072, длиной труб l=4м, поверхностью теплообмена F=269м2, с числом рядов np=34 и проходным сечением одного хода Sтр=0.051м;
- шестиходовой дефлегматор с трубами 25x2мм по ГОСТ 15121-79 с внутренним диаметром
кожуха D=1.2м2, числом труб n=958, длиной труб l=4м, поверхностью теплообмена F=301м2, с числом рядов np=32 и проходным сечением одного хода Sтр=0.052м.
Подробно рассчитаны два дефлегматора: четырехходовой –
вручную, шестиходовой – с помощью ЭВМ (приложение 6).
Выбор дефлегматора зависит от конкретных критериев. В случае
необходимости получения более высокой скорости протекания процесса необходимо
использовать шестиходовой дефлегматор, так как скорость возрастает в число раз
равное числу ходов, а в случае, когда в качестве основного критерия применяется
минимизация затрат – четырехходовой.
Для изготовления аппарата
выбрана нержавеющая сталь марки 12Х18Н10Т по ГОСТ 5949-75 с коэффициентом
теплопроводности .
Список использованной литературы
1.
Основные процессы
и аппараты химической технологии /Пособие по проектированию/, Г.С. Борисов,
В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Под. ред. Ю.И. Дытнерского, 2-ое изд.
перераб. и дополнен. М: Химия, 1991 – 496 с.
2.
Справочник химика
том V, под ред П.Г.Романкова, 2-ое изд.
перераб. и дополнен.Л Химия, 1968-975с.
3.
Примеры и задачи
по курсу процессов и аппаратов химической технологии /Учебное пособие/, К.Ф.
Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков, 9-ое изд. перераб. и дополнен. Л.
Химия,1987-575с.
4.
Курсовое
проектирование по процессам и аппаратам химической технологии. Краткие
справочные данные /Метод указания/. ЛТИ им. Ленсовета – Л.: 1989, 40 с.