Расчет вспомогательного оборудования

Расчет кипятильника

Температурные условия процесса. Кубовый остаток кипит при 74.2⁰С. Согласно заданию температура конденсации греющего пара равна 119,6⁰С (р_абс=2атм).

Следовательно, средняя разность температур: 119,6-74.2=45.4^оС

Тепловая нагрузка:

Выбор конструкции.

Кипятильники ректификационных колонн непрерывного действия по устройству сходны с кипятильниками выпарных аппаратов. При небольших поверхностях теплообмена куб колонны обогревается змеевиком или горизонтальной трубчаткой, пересекающей нижнюю часть колонны; при этом греющий пар пропускается по трубам.

При больших поверхностях теплообмена применяют выносные кипятильники, которые устанавливают ниже колонны с тем, чтобы обеспечить естественную циркуляцию жидкости.

Определяем ориентировочно максимальную величину площади теплообмена. По (табл. 4.8 стр. 172 [1]) для данного случая теплообмена (от конденсирующегося водяного пара к кипящей жидкости) принимаем значение минимального коэффициента теплопередачи К_min=300Вт/м²К.

Тогда максимальная поверхность теплообмена:

Предварительно выбираем для расчета выносной кипятильник кожухотрубчатый теплообменник с трубами диаметром 25х2мм, длина труб 3 м.

Определение коэффициента теплопередачи.

Принимаем среднее значение тепловой проводимости загрязнений стенок со стороны конденсирующегося водяного пара , со стороны кубового остатка (почти чистый этиловый спирт) .

Теплопроводность стали λ=46,5Вт/м·К.

Таким образом

, м²К/Вт

Коэффициент теплопередачи со стороны конденсирующегося водяного пара определяем по формуле

, Вт/м²К

где:λ-коэффициент теплопроводности конденсата, Вт/м·К;

Н-высота кипятильных труб, м;

ρ-плотность конденсата, кг/м³;

r-удельная теплота конденсации греющего пара, Дж/кг;

μ-динамический коэффициент вязкости конденсата, Па*с

Коэффициент теплоотдачи для кипящего этилового спирта находим по формуле

где коэффициент b определяется по формуле

где: ρ – плотность паров этилового спирта при t_W рассчитывается по формуле:

где: ρ₀ – плотность паров этилового спирта при нормальных условиях

Коэффициент теплопередачи для кипящего этилового спирта равен:

Коэффициент теплопередачи:

Удельная тепловая нагрузка

Откуда

Это уравнение решаем графически, задаваясь значениями q , y-левая часть уравнения.

При q = 22500 Вт/м² у = 1,5871

При q = 19500 Вт/м² у = -2,6672

При у = 0 находим q = 20500 Вт/м²

Рисунок 2 – Графическое определение удельного расхода тепла.

Коэффициент теплопередачи

Площадь поверхности теплообмена

С запасом 15-20% принимаем по каталогу (табл.4.12 стр.215 [1]) теплообменник.

Характеристика теплообменника

Поверхность теплообмена…………………………..112м²

Диаметр кожуха……………………………………...800мм

Диаметр труб…………………………………………25 2мм

Длина труб……………………………………………3м

Количество труб……………………………………...465

Расчеты остальных теплообменников выполняются. Задаваясь ориентировочными значениями коэффициентов теплопередачи [1].

Расчет дефлегматора

В дефлегматоре конденсируется ацетон с небольшим количеством этилового спирта. температура конденсации паров дистиллята t_D=56,2 . Температуру воды на входе принимаем 18 и на выходе 38 .

5 6 56

3 8 18

Движущая сила процесса:

Коэффициент теплопередачи от конденсирующегося пара органического вещества к воде находится в пределах 340-870 Вт/(кг К) (с.172 [1]). Принимаем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи К_ор=340 Вт/(кг К).

Количество тепла, отнимаемого охлаждающей водой от конденсирующегося в дефлегматоре пара Q_D=1831000 Вт.

Поверхность дефлегматора определим по формуле:

С запасом принимаем двухходовой теплообменник (табл.4.12 [1]):

Внутренний диаметр кожуха D_вн=800 мм;

Общее число труб n=450;

Поверхность теплообмена F=212 м²;

Длина труб l=6 м;

Диаметр трубы d=25×2 мм.

Расчет холодильника для дистиллята

В холодильнике происходит охлаждение дистиллята от температуры конденсации до 30 .

5 6 30

3 8 18

Движущая сила процесса:

Принимаем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи К_ор=300 Вт/(кг К) (с.172 [1]).

Количество тепла, отдаваемое охлаждающей воде дистиллятом в холодильнике, определяем по формуле:

Поверхность теплообмена холодильника дистиллята находим из основного уравнения теплопередачи

С запасом поверхности в 10% принимаем двухходовой теплообменник (табл.4.12 [1]):

Внутренний диаметр кожуха D_вн=400 мм;

Общее число труб n=100;

Поверхность теплообмена F=16 м²;

Длина труб l=2 м;

Диаметр трубы d=25×2 мм.

Расчет холодильника для кубового остатка

В холодильнике кубового остатка происходит охлаждение жидкости от температуры кипения до 25 .

7 4 25

3 8 18

Движущая сила процесса:

Принимаем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи К_ор=250 Вт/(кг К) (с.172 [1]).

Количество тепла, отдаваемое охлаждающей воде кубовым остатком в холодильнике, определяем по формуле:

С запасом поверхности в 22% принимаем четырехходовой теплообменник (табл.4.12 [1]):

Внутренний диаметр кожуха D_вн=800 мм;

Общее число труб n=408;

Поверхность теплообмена F=128 м²;

Длина труб l=4 м;

Диаметр трубы d=25×2 мм.

Расчет подогревателя

Служит для подогрева исходной смеси от t_н = 18-20^оС до температуры t_F = 68^oC. Исходная смесь подогревается водяным насыщенным паром с температурой 160^оС.

Температурная схема:

1 60 160

2 0 68

Движущая сила процесса:

Принимаем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи К_ор=120 Вт/(кг К) (с.172 [1]).

Количество тепла, передаваемое исходной смеси от греющего пара, Q=265423 Вт.

Количество тепла, отдаваемое охлаждающей воде кубовым остатком в холодильнике, определяем по формуле:

Устанавливаем одноходовой теплообменник (табл.4.12 [1]):

Внутренний диаметр кожуха D_вн=325 мм;

Общее число труб n=62;

Поверхность теплообмена F=19,5 м²;

Длина труб l=4 м;

Диаметр трубы d=25×2 мм.

Заключение

В результате проведенного расчета я определила:

• диаметр D = 1200мм и высоту колонны H = 14,8м;

• произвела гидравлический и тепловой расчет колонны;

• рассчитала и подобрала вспомогательное оборудование.