3.1 Расчет тепловой изоляции в колонне:
=(0,151
Вт/м*К)- изоляция асбеста.
-
температура внутренней изоляции,
принимаем ее ориентировочно на 15°С ниже
средней температуры в колонне. (средняя
температура в колонне равна 94,8°С.).
=
=3,14*2,2*10,4+2*0,785
4,84=79,442
–наружная поверхность изоляции
колонны.
=40°С.
=82927,2Вт
(есть 3% от полезно затрачиваемой
теплоты).
.
4.Расчет вспомогательного оборудования.
4.1 Расчет кипятильника. Кубовый остаток кипит при температуре 108,4°С. Согласно заданию
температура
конденсации греющего пара 133,4°С (
.
Следовательно
средняя разность температур:
Тепловая
нагрузка составляет:
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 [стр.172(1)] для
данного случая теплообмена (от
конденсирующегося водяного пара к
кипящей жидкости) принимаем значение
минимального коэффициента теплопередачи
=300Вт/м2К.
=
/300*25=380
;
Предварительно
выбираем выносной кипятильник -
кожухотрубчатый теплообменник с трубами
диаметром 25*2мм и длиной 4,0 м.
Коэффициент
теплопередачи К, Вт/
определяем
по формуле:
(24)
где,
-
коэффициент теплоотдачи со стороны
конденсирующегося водяного пара, Вт/
;
-
коэффициент теплоотдачи для кипящего
толуола, Вт/
;
-
сумма термических сопротивлений слоев
стенки, включая слои загрязнений,
,
определяется по формуле:
(25)
где,
-
термическое сопротивление загрязнений
стенки со стороны конденсирующего
водяного пара,
;
-
термическое сопротивление загрязнений
стенки со стороны кипящего толуола,
;
-
толщина стенки, м;
– теплопроводность материала стенки,
Вт/
.
Принимаем
значения тепловой проводимости стенок
со стороны конденсирующего водяного
пара и со стороны кубового остатка(почти
чистый толуол) одинаковыми и равными:
Вт/
.
Теплопроводность стали
=46,5
Вт/
.
Толщина стенки
=
0,002м.
Таким образом:
.
Коэффициент теплоотдачи со стороны конденсирующего водяного пара определяем по формуле:
(26)
где,
-
коэффициент теплопроводности конденсата,
Вт/
;
Н- высота кипятильных труб, м; ρ- плотность
конденсата,
; r-
удельная теплота конденсации греющего
пара, Дж/кг;
- динамический коэффициент вязкости,
Па*с.
Все свойства конденсата принимаем
при температуре конденсации водяного
пара 133,4°С по таблице XXXIX
[стр.537 (1)], тогда по формуле (26):
=
2,05 *
Коэффициент теплоотдачи для кипящего толуола определяем по формуле:
(27)
где,
q-
удельная тепловая нагрузка, Вт/
;
b-
коэффициент определяемый по формуле:
Химико-физические
свойства взяты при температуре кипения
кубового остатка 108,4°С. Тогда по формуле
(27) получаем:
Подставляем все значения в формулу (24):
Удельная тепловая нагрузка q, Вт/ с учетов выражения «K» составит:
откуда,
(28)
Уравнение (28) решаем графическим методом, задаваясь значениями q (рисунок ), y- левая часть уравнения: при q= 20 000 Вт/ y=1,39; при q= 15 000 Вт/ y=-2,79; при у=0 q= 18400 Вт/ ; (Приложение 5)
Вычисляем
коэффициент теплопередачи по формуле
:
=18400/25
= 736 Вт/
;
Поверхность теплообмена составит:
Принимаем
по каталогу [стр.533(1)] одноходовой
теплообменник с поверхностью теплообмена
F=244
;
Характеристики
теплообменника:
Диаметр кожуха
…………………..1000мм
Диаметр труб
……………………...25*2мм
Длина
труб…………………………4,0м
Число
труб…………………………783.
Запас
поверхности теплообмена ...37%.
4.2 Расчет дефлегматора.
В дефлегматоре конденсируется бензол с небольшим количеством толуола. Температура конденсации паров дистиллята =81,2°С. Температуру воды на входе принимаем равным 18°С, на выходе - 38°С. Температурная схема:
Движущая сила процесса:
=53,2°С
Коэффициент
теплопередачи от конденсирующего пара
органических веществ к воде находится
в пределах от 300 до 800 Вт/
(стр.172,Романков).
Принимаем наименьший коэффициент
теплопередачи К=300 Вт/
.
Количество
тепла, отнимаемого охлаждающей водой
от конденсирующегося в дефлегматоре
пара составляет :
.
Поверхность
дефлегматора:
.
Принимаем
по каталогу [стр.533(1)] четырехходовой
теплообменник с поверхностью теплообмена
F=218
;
Характеристики
теплообменника:
Диаметр кожуха
…………………..1000мм
Диаметр
труб ……………………...25*2мм
Длина
труб…………………………4,0м
Число
труб…………………………702(175,5 на 1 ход)
Запас
поверхности теплообмена ...20%.
4.3 Расчет холодильника для дистиллята.
В холодильнике происходит охлаждение дистиллята от температуры конденсации =81,2°С до 30°С. Температуру воды на входе принимаем равным 18°С, на выходе - 38°С. Температурная схема:
Движущая
сила процесса:
=24,4 °С
Количество тепла отнимаемого
охлаждающей водой от дистиллята в
дефлегматоре:
=1,3*4190*20=108940Вт
По
таблице 4.8[стр.172(1)] коэффициент
теплопередачи от жидкости к жидкости(вода)
находится в пределах от 800до 1700 Вт/
.
Принимаем наименьший коэффициент
теплопередачи К=800 Вт/
.
Поверхность
теплообмена составит:
Принимаем
по каталогу [стр.215,(1)] одноходовой
теплообменник с поверхностью теплообмена
F=9
;
Диаметр
кожуха …………………..273мм
Диаметр труб
……………………...25*2мм
Длина
труб…………………………3,0м
Число
труб………………………….37
Запас поверхности
теплообмена ...38%.
4.4 Расчет холодильника для кубового остатка.
В холодильнике кубового остатка происходит охлаждение кубовой жидкости при температуре кипения =108,4°С до 30°С. Температуру воды на входе принимаем равным 18°С, на выходе - 38°С. Температурная схема:
Движущая
сила процесса:
=33,07°С
Количество тепла отнимаемого охлаждающей водой от кубовой жидкости: =14,7*4190*20= 1 231 860Вт. По таблице 4.8[стр.172(1)] коэффициент теплопередачи от жидкости к жидкости(вода) находится в пределах от 800до 1700 Вт/ . Принимаем наименьший коэффициент теплопередачи К=800 Вт/ .
Поверхность теплообмена:
Принимаем по каталогу [стр.215(1)] одноходовой теплообменник с поверхностью теплообмена F=52 ; Диаметр кожуха …………………..400мм Диаметр труб ……………………...25*2мм Длина труб…………………………6,0м Число труб…………………………257 Запас поверхности теплообмена ...12%
4.5 Расчет подогревателя исходной смеси.
В
подогревателе исходной смеси происходит
подогрев исходной смеси от
до температуры кипения на питающей
тарелке
.
Для
подогрева используем греющий пар со
следующими параметрами:
;
[таб.LVI(1)]
Температурная схема процесса:
Движущая сила процесса:
;
Количество
тепла, передаваемое исходной смесью от
греющего пара:
Вт
(21)
По таблице 4.8[стр.172(1)] коэффициент теплопередачи от конденсирующего водяного пара к органическим жидкостям находится в пределах от 120до 340 Вт/ . Принимаем наименьший коэффициент теплопередачи К=120 Вт/ .
Поверхность теплообмена составит:
Принимаем по каталогу [стр.215(1)] одноходовой теплообменник с поверхностью теплообмена F=235 ; Диаметр кожуха …………………..1000мм Диаметр труб ……………………...25*2мм Длина труб…………………………4,0м Число труб…………………………474 Запас поверхности теплообмена ...2%