6. Тепловой расчет ректификационной колонны

Количество тепла, отнимаемое водой в дефлегматоре , Вт

где– количество дистиллята, кг/с;R– флегмовое число;– теплота конденсации дистиллята, Дж/кг:

где – массовая доля низкокипящего компонента (бензола) в дистилляте;и– теплоты конденсации соответственно низкокипящего (бензола) и высококипящего (толуола) компонентов (см. Таблица П 11), Дж/кг [1].

Дж/кг

Вт

Расход воды в дефлегматоре , кг/с:

где – теплоемкость воды, Дж/(кг·К);– перепад температур воды (на сколько градусов нагреется вода, проходящая через дефлегматор), ºС.

– обычно принимают в пределах 20 – 30ºС.

кг/с

Количество тепла, отдаваемое греющим паром в кубе , Вт:

где ,,– теплоемкость дистиллята, кубового остатка и исходной смеси соответственно, Дж/(кг·гр);,,– температуры дистиллята, кубового остатка и исходной смеси соответственно, ºС;– тепловые потери, Вт.

– принимают в пределах 8÷10% от.

Теплоемкости дистиллята, кубового остатка и исходной смеси считаются по формулам, аналогичным формуле :

где ,– теплоемкости низкокипящего и высококипящего компонентов соответственно при данной температуре, Дж/(кг·гр);,,– массовые доли низкокипящего компонента в дистилляте, кубовом остатке и исходной смеси соответственно.

Теплоемкости низкокипящего и высококипящего компонентов определяются по Таблица П 12, при температурах, соответствующих температурам дистиллята, кубового остатка и исходной смеси. Температуры жидких смесей определяются по Рис. 2 .3 по кривой кипения для соответствующих мольных составов ,,.

Расход греющего пара , кг/с:

где – теплота конденсации греющего пара (при давлении=3 кгс/см²определяется по Таблица П 16), Дж/кг.

кг/с

Количество тепла, необходимое для подогрева исходной смеси до кипения , Вт:

где – массовый расход исходной смеси, кг/с;– теплоемкость исходной смеси, Дж/(кг·гр);– температура кипения исходной смеси, ºС;– начальная температура исходной смеси, ºС.

Вт

Расход греющего пара на подогрев исходной смеси , кг/с:

кг/с

Количество тепла, которое необходимо отвести от дистиллята для охлаждения до температуры производственного помещения , Вт:

Вт

Расход воды на охлаждение дистиллята , кг/с:

кг/с

Количество тепла, необходимое для охлаждения кубового остатка до температуры производственного помещения , Вт:

Вт

Расход на охлаждение кубового остатка , кг/с

кг/с

7. Толщина тепловой изоляции ректификационной колонны.

Тепловая изоляция покрывает куб колонны (в нашем случае это отдельный кожухотрубчатый теплообменник), собственно колонну, и дефлегматор. Она служит для уменьшения тепловых потерь в окружающую среду, а также для обеспечения безопасной работы обслуживающего персонала. Наиболее горячим местом является кожух теплообменника куба колонны, в межтрубное пространство которого подается греющий пар (в нашем случае =3 кгс/см²,). Подберем толщину тепловой изоляции для данного элемента колонны и примем эту же толщину для остальных элементов.

Толщину тепловой изоляции находим из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции в окружающую среду:

где – коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляции к воздуху, Вт/(м²К);– температура изоляции со стороны воздуха,°С; Для аппаратов, работающих внутри помещениявыбирают в пределах 35÷45ºС, а для аппаратов, работающих на открытом воздухе в зимнее время – в интервале 0÷10ºС.;– температура изоляции со стороны аппарата, ºС (температуруt_ст1можно принимать равной температуре греющего пара, ввиду незначительного термического сопротивления стенки аппарата по сравнению с термическим сопротивлением слоя изоляции, в нашем случае 133ºС);– температура окружающей среды (воздуха), ºС;– коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/(м∙К).

Суммарный коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием и конвекцией от стенки аппарата в окружающую среду (при температуре стенки до 150 ) можно оценить по формуле:

В качестве изоляционного материала выбираем совелит, который содержит 85% магнезии и 15 % асбеста (можно выбрать также стеклянную, шлаковую вату и др). Коэффициент теплопроводности совелита (см. Таблица П 21):

Вт/(м∙К)

Вт/(м²К)

Толщина тепловой изоляции:

м

Толщина изоляции принимается 60 мм.