8.8. Определение диаметров штуцеров

Диаметры штуцеров (см. рис.6) рассчитывается по уравнению (60), при этом допустимые скорости потоков W_доп принимаются в соответствии с табл.3.

Плотность жидких продуктов холодного орошения ρ_х, сырья ρ_F и кубового остатка ρ_R рассчитывается в зависимости от температуры и состава:

= + , откуда ρ_Х = 750 кг/м³;

= , откуда ρ_F = 800 кг/м³;

= , откуда ρ_R = 950 кг/м³.

Плотность паров, поступающих из кипятильника колонны ρ_П.R. , и паров, уходящих с верха колонны ρ_П.D. , рассчитывается при соответствующих температурах и давлениях:

ρ_П.R. = · = 0,72 кг/м³;

ρ_П.D. = · = 1,25 кг/м³.

Диаметр штуцера А для вывода паров из колонны в дефлегматор:

d_А = = 0,37 м.

Принимаем по ГОСТ 12830-67 d_А = 400 мм [22, с.218].

Диаметр штуцера В для ввода холодного орошения:

d_В = = 0,043 м.

Принимаем по ГОСТ 12830-67 d_В = 50 мм.

Диаметр штуцера С для ввода сырья:

d_С = = 0,05 м.

Принимаем по ГОСТ 12830-67 d_С = 50 мм.

Диаметр штуцера К для вывода кубовой жидкости в кипятильник колонны:

d_К = = 0,1 м.

Принимаем по ГОСТ 12830-67 d_К = 100 мм.

Диаметр штуцера Е для ввода паров из кипятильника колонны:

d_Е = = 0,48 м.

Принимаем по ГОСТ 12830-67 d_Е = 500 мм.

8.9. Определение толщины тепловой изоляции колонны

Выбираем в качестве теплоизоляционного материала стеклянную вату, для которой коэффициент теплопроводности λ_из = 0,05 Вт/(м·К) [7, с.512]. Принимаем температуру на внутренней поверхности изоляции равной t_ст1 = 97°С, на наружной поверхности изоляции t_ст2 = -10,4°С для зимних условий (см. рис.7). Температуру окружающей среды для зимних условий принимаем t_ср = -20°С, для летних условий tʹ_ср = 18°С. Считаем, что тепловые потери зимой составляют q_пот = 100 Вт/м².

Так как диаметр колонны является достаточно большим (Д = 1,8 м), для расчета толщины изоляции можно воспользоваться соотношением (62) для плоской стенки, предполагая, что Д_вн/Д_н>0,5.

З и м н и е у с л о в и я:

Из левой части уравнения (62) рассчитывается толщина изоляции:

δ_из = = = 0,054 м.

Коэффициент теплоотдачи α рассчитывается по уравнению (65):

α = 9,74 + 0,07 ·[-10,4 – (-20)] = 10,41 Вт/(м²·К).

Расчетное значение тепловых потерь q_пот.р. находится по правой части соотношения (62):

q_пот.р. = 10,41·[-10,4 – (-20)] = 99,96 Вт/м².

Так как q_пот ≈ q_пот.р. , никаких корректировок в значения ранее принятых температур вносить не надо.

Проверим условие применимости уравнения (62), приняв толщину стенки колонны δ_ст=8мм (рис. 7):

= = > 0,5.

Принимаем толщину тепловой изоляции равной δ_из = 0,054 м.

Проверим температуру наружной поверхности изоляции tʹ_ст2 для летних условий. Для этого преобразуем соотношение (62), подставив в него значение α из уравнения (65):

= 9,74 · (tʹ_ст2 - tʹ_ср) + 0,07 · (tʹ_ст2 - tʹ_ср)²;

= 9,74 · (tʹ_ст2 - 18) + 0,07 · (tʹ_ст2 - 18)² ,

откуда tʹ_ст2 = 25°С.

Такая температура tʹ_ст2 = 25°С является допустимой.

Тепловые потери летом составляют величину:

qʹ_пот.р. = = 65,4 Вт/м².

8.10. Определение площади поверхности дефлегматора теплопередачи кипятильника и дефлегматора.

К и п я т и л ь н и к.

Принимаем коэффициент теплопередачи от греющего пара к кипящей жидкости К_к = 1200 Вт/(м²· К)[7, с.169]. Расчетная площадь поверхности теплопередачи кипятильника F_кр определяется по уравнению (66):

F_кр = = 102,7 м².

Согласно ГОСТ 14248-79 принимаем в качестве кипятильника кожухотрубный испаритель с паровым пространством, имеющий площадь поверхности теплообмена F_к = 120 м²[13, с.27].

Запас площади поверхности теплообмена кипятильника:

· 100 = · 100 = 14%.

Д е ф л е г м а т о р.

Расчетная площадь поверхности теплообмена в дефлегматоре F_д.р. складывается из площади поверхности, необходимой для конденсации паров Fʹ_д и площади, необходимой для охлаждения конденсата Fʹʹ_д (рис.9):

F_д.р. = + ;

Рис.9. Изменение температуры теплоносителей в дефлегматоре.

Принимаем коэффициент теплоотдачи в зоне конденсации паровКʹ_д = 800 Вт/(м²·К), а в зоне охлаждения конденсата Кʹʹ_д = 500 Вт/(м²·К) [7, с.169].

Тепловой поток в зоне конденсации паров (см. тепловой баланс колонны):

Qʹ_д = · 1134,74 = 3724,7 кВт.

Тепловой поток в зоне охлаждения конденсата:

Qʹʹ_д = · 2,77· (65,4 - 40) = 230,9 кВт.

П р о в е р к а:

Q_д = Qʹ_д + Qʹʹ_д = 3724,8 + 230,9 = 3955,6 кВт.

Температуру в конце зоны конденсации паров tʹ_д можно найти из уравнения:

tʹ_д = + 25 = + 25 = 25,8ºС.

Средняя разность температур в зоне конденсации паров ∆tʹ_ср и в зоне охлаждения конденсата ∆tʹʹ_ср:

∆tʹ_ср = = 33,5ºС;

∆tʹʹ_ср = = 25,4ºС.

Расчетная площадь поверхности теплопередачи дефлегматора:

F_др = + = 155,2 м².

В соответствии с ГОСТ 15120-79 принимаем в качестве дефлегматора одноходовой кожухотрубный теплообменник с площадью поверхности теплообмена F_д = 180 м²[13, с.25].

Запас площади поверхности теплообмена составляет:

· 100 = · 100 = 14%.