1.4 Тепловой расчет ректификационной колонны

Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре-конденсаторе, находим по уравнению:

,

где r_D-удельная теплота конденсации паров в дефлегматоре, кДж/кг.

,

где r_б и r_х –удельные теплоты конденсации бензола и хлороформа при 70°С.

r_б = 401,2 кДж/кг;

r_т = 243,5 кДж/кг;

r_D = 0,748∙243,5 + (1 – 0,748)∙401,2 = 283,24 кДж/кг.

Тогда Q_д = 0,27∙(1 + 25)∙283,24 = 1988345 Вт.

Расход теплоты, получаемой в кубе-испарителе от греющего пара, находим по уравнению:

Q_к= Q_д+ G_D ∙ С_D ∙ t_D+ G_W ∙ С_W ∙ t_W – G_F ∙ С_F ∙ t_F+Q_пот,

где - средние удельные теплоемкости, ;здесь удельные теплоёмкости взяты соответственно при t_D=70°С, t_W=79,7°С, t_F=79°С, температура кипения исходной смеси t_F определена по t-x-y по диаграмме (рис.1.3);Q_пот - тепловые потери установки в окружающую среду, Вт, приняты в размере 3% от полезно затрачиваемой теплоты.

С_W = (0,24·0,748 + 0,447·(1-0,748))·4,19·10³ = 1224 Дж/(кг ∙ К);

С_F = (0,235·0,06 + 0,455·(1-0,061))·4,19·10³ = 1850 Дж/(кг ∙ К);

C_D = (0,238·0,155 + 0,46· (1-0,155))·4,19·10³ = 1783 Дж/(кг ∙ К);

Q_к=(1988345 + 0,27∙1224∙70 + 1,23∙1850∙79,7 – 1,5∙1783∙79)∙1,03= 2476245 Вт.

Расход теплоты в паровом подогревателе исходной смеси:

Q_п=1,05 ∙ G_F ∙ С_F ∙ (t_F–t_нач),

где тепловые потери приняты в размере 5%, удельная теплоёмкость исходной смеси С_F = (0,236∙0,155 + 0,42∙(1-0,155))∙4190 = 1640 Дж/(кг ∙ К)

при t = =(79+15)/2 =47°С.

Q_п. = 1,05∙1,5∙1640∙(79 – 15) = 165312 Вт.

Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике дистиллята:

,

где удельная теплоемкость дистиллята взята при средней температуре (70+40)/2=55^оС.

Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике кубового остатка:

где удельная теплоемкость кубового остатка взята при средней температуре (79,7+40)/2=60^оС.

Расход греющего пара, имеющего давление р_абс=0,4МПа ≈ 4 кг·с/см² и влажность 5%,

а) в кубе испарителе:

G_гп=Q_к/(r_гп ∙ X),

где r_гп=2135 ∙ 10³ Дж/кг – удельная теплота конденсации греющего пара.

G_гп = 2476245/(2135∙10³∙0,95) = 1,22 кг/с;

б) в подогревателе исходной смеси

G_гп = 165312/(2135∙10³∙0,95) = 0,082 кг/с.

Расход охлаждающей воды при нагреве её на 20⁰С

а) в дефлегматоре:

V_в=Q_д/(С_в ∙ (t_кон-t_нач) ∙ ρ_в),

где С_в=4190 Дж/(кг ∙ К) - удельная теплота конденсации воды; ρ_в=1000м³ - плотность воды.

V_в=1988345/(4190∙20∙1000)=0,024 м³/с.

б) в водяном холодильнике дистиллята

V_в=7976/(4190∙20∙1000)= 9,5·10^-5 м³/с.

в) в водяном холодильнике кубового остатка

V_в=89002/(4190∙20∙1000)=0,0011 м³/с.

Всего: 0,025 или 90 .

2 Расчет подогревателя исходной смеси

2.1 Технологический расчет подогревателя

Расчет теплообменного аппарата включает определение необходимой поверхности теплопередачи, выбор типа аппарата и нормализованного варианта конструкции, удовлетворяющих заданным технологическим условиям оптимальным образом.

Рассчитать и подобрать нормализованный конструкции кожухотрубчатого теплообменника для подогрева G_f=1,5 кгс жидкости от температуры t_2н=15°C до t_2к=79°C. При средней температуре t₂=0,5(15+79)=47°C :c₂= 1657,4 Дж / кг·К; ; ; .

Для подогрева использовать насыщенный водяной пар давлением 0,4МПа. Температура конденсации t₁=143°C. Характеристики конденсации при этой температуре:r₁=2135600 Дж кг; ; ; ; .

Тепловая нагрузка аппарата составит:

Q= G_f· c₂· ( t_2к - t_2н) = 1,5·1657,4· (79-15) = 159110,4 Вт.

Расход пара определим из уравнения теплового баланса:

кг/с.

Температурная схема:

143 – 143

15 – 79

Среднелогарифмическая разность температур:

.

Примем K_ор= 230 Вт  м²К. Тогда ориентировочное значение требуемой поверхности составит:

.

Задаваясь числом , определим соотношение для теплообменника из труб диаметром :

,

где п – общее число труб; z – число ходов по трубному пространству; d – внутренний диаметр труб.

Уточним поверхность теплообмена.

В соответствие с табл. II.3 [1] соотношение принимает наиболее близкое к заданному значение у теплообменника с диаметром , диаметром труб , числом ходов z=1 и общим числом труб п=61:

.

Действительное число :

. Следовательно режим течения переходный.

.

Коэффициент теплоотдачи к жидкости определяем по формуле:

.

Коэффициент теплоотдачи от пара, конденсирующегося на пучке вертикально расположенных труб (при пленочной конденсации насыщенного пара):

=

.

Сумма термических сопротивлений стенки трубы из нержавеющей стали и загрязненной со стороны смеси и пара:

,

где - тепловая проводимость загрязнений стенки (теплоноситель – водяной пар, содержащий масла); - для теплоносителя – органической жидкости.

Коэффициент теплопередачи:

.

Требуемая поверхность теплопередачи:

.

Как видно из табл. табл. II.3 [1], теплообменник длиной 1,5 м поверхностью 9,5 м² подходит с запасом:

.