3.6 Гидравлическое сопротивление колонны

Гидравлическое сопротивление тарельчатой колонны по формуле 6.45 [3, стр. 244]:

Гидравлическое сопротивление сухой (неорошаемой) тарелки:

Гидравлическое сопротивление газожидкостного слоя (пены) на тарелке:

Гидравлическое сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения:

Для ситчатых тарелок коэффициент табл. на стр. 210 [3]: ξ=1,1.

Для верхней части колонны Количество тарелок: = 26

Для нижней части колонны Количество тарелок: = 7

Общее сопротивление колонны:

4. Расчёт вспомогательного оборудования

4.1. Расчёт теплообменников

4.1.1. Расчёт подогревателя исходной смеси

Исходная смесь поступает в подогреватель с температурой 20°С и выходит при температуре питания – 86 °С. Физико-химические данные взяты [10, стр. 14-20].

Горячий теплоноситель:	Холодный теплоноситель:
ВОДЯНОЙ ПАР	Этанол	Вода	Смесь «этанол - вода»

Температурная схема:

140

140

86

25

Тепловая нагрузка теплообменника:

Ориентировочное значение коэффициента теплопередачи:

Ориентировочное значение поверхности теплообмена:

Расход греющего пара

По таблице 2.13 и 2.14 выбираем пластинчатый теплообменник со следующими характеристиками:

Поверхность одной пластины
Количество пластин
Эквивалент.диаметр канала
Поперечное сечение канала
Длина канала
Поверхность теплообмена
Масса теплообменника	M = 280 кг

Компановка пластин Cx: 10 / 10

Каналы с горячим теплоносителем

Расчет критерия Re формула 2.26:

Рассчитаем Pr при температуре конденсации в теплообменнике:

Для расчета критерия Nu воспользуемся формулой 2.20

Каналы с холодным теплоносителем

Площадь сечения:

Расчет скорости в 2 каналах

Расчет критерия Re:

Для расчета критерия Nu воспользуемся формулой 2.20

Так как режим турбулентный, то a = 0.1, b = 0.73 c = 0.43

Рассчитаем Pr при средней температуре в теплообменнике:

Сумма термических сопротивлений стенок и их загрязнений:

По табл. ХХХI [2, стр. 531] принимаем тепловые проводимости загрязнений:

Cо стороны воды:

Cо стороны органической жидкости:

Коэффициент теплопроводности нержавеющей стали марки X18H10T

[2, табл. 28, стр.529]: 𝜆_CТ = 17,5 Вт/м·К,

Тогда,

Определим расчетное значение коэффициента теплопередачи по формуле:

Запас площади поверхности:

4.1.2. Расчёт дефлегматора

В дефлегматоре ректификационной установки происходит конденсация паров дистиллята ректификационной колонны. Конденсат отводится из дефлегматора без последующего охлаждения. Часть его (флегма) возвращается для орошения верхней части колонны, другая часть – дополнительно охлаждается в холодильнике дистиллята и выводится из установки как готовый продукт.

Охлаждающим агентом теплообменника является вода, поступающая в дефлегматор при температуре .

Для удобства дальнейших расчётов все характеристики холодного теплоносителя обозначаются индексом «2», характеристики горячего теплоносителя – индексом «1».

Физико-химические свойства теплоносителей, рассчитанные с учётом температуры, и массовых (мольных) долей компонентов в смеси [10, стр. 14-20], представлены ниже:

Горячий теплоноситель:			Холодный теплоноситель:
Этанол	Вода	Паровая смесь «этанол-вода» (пары дистиллята)	Вода

Уравнение теплового баланса для холодного теплоносителя, не изменяющего своего агрегатного состояния:

Уравнение теплового баланса для горячего теплоносителя, при конденсации его насыщенных паров без охлаждения конденсата:

Температурная схема:

80

80

36

20

Отношение ∆t_б /∆t_м <2, значит, среднюю разность температур определим по формуле 4.79 [2, стр.169]:

Расход тепла, отдаваемый охлаждающей воде в дефлегматоре:

Расход охлаждающей воды:

Определим ориентировочную поверхность теплопередачи

Нормализованные кожухотрубчатые теплообменники имеют трубы диаметром и 25х2 мм. Для обеспечения турбулентного течения воды критерий Re> 10000. Ориентировочное число труб в одном ходе, обеспечивающих объёмный расход воды при Re = 15000, определим по формуле:

Для труб 25х2 мм

Учитывая значения по ГОСТ 15119-79, 15121-79, [3, табл. 2.9 стр. 57] для уточнённого расчёта выбирается нормализованный кожухотрубчатый конденсатор со следующими характеристиками:

Диаметр кожуха
Диаметр труб
Число ходов по трубам
Общее число труб
Длина труб
Поверхность теплообмена

Уточненный расчет

Трубное пространство:

Критерий Нуссельта определим по формуле 4.17 [2, стр.152]

В процессе теплопередачи охлаждающая вода в трубках нагревается, поэтому при расчете коэффициента теплоотдачи от стенок к воде отношение (Pr/Pr_cт) ^0,.25 можно не учитывать (Pr> Pr_cт, Pr/Pr_cт>1).

Критерий Прандтля для воды при t = 28 °С определим по табл. ХХХIХ [2, стр. 537] Pr = 5,74

Коэффициент теплоотдачи для охлаждающей воды:

Сумма термических сопротивлений стенок и их загрязнений:

По табл. ХХХI [2, стр.531] принимаем тепловые проводимости загрязнений:

Со стороны воды:

Со стороны пара органической жидкости:

Коэффициент теплопроводности нержавеющей стали марки Х18Н10Т [2, табл. 28, стр.529]: 𝜆_CТ = 46,5 Вт/м·К

Тогда,

Межтрубное пространство:

Определим коэффициент теплоотдачи для конденсирующегося пара дистиллята по формуле 2.25 [3, стр.53] для n горизонтальных труб длиной L:

При конденсации пара на наружной поверхности пучка из n горизонтальных труб средний коэффициент теплоотдачи несколько ниже, чем в случае одиночной трубы, вследствие утолщения пленки конденсата на трубах, расположенных ниже.

Приближенно принимается, что при n<100

Тогда,

Определим расчетное значение коэффициента теплопередачи по формуле:

Запас площади поверхности теплообмена