Расчет потоков дистиллята и кубового остатка

По правилу рычага второго рода:

П(а₂– а₀) =w₁(a₁–a₀)

w₁= 4200 кг/ч = 1,167 кг/с

П = w₁(a₁–a₀)/ (а₂– а₀)=1,167(0,33-0,035)/(0,94-0,035) = 0,380 кг/с

По правилу рычага второго рода:

w₀ (а₂ – а₀) = w₁(a₂ – a₁)

w₀=w₁(a₂–a₁)/ (а₂– а₀) = 1,167(0,94-0,33)/(0,94-0,035) = 0,787 кг/с

Проверка:

П + w_{0 =}w₁

0,380 + 0,787 = 1,167

ρ_ац= 723 кг/м³(2, с. 512, табл.IV)

ρ_б= 817 кг/м³(2, с. 512, табл.IV)

ρ_ац= 737 кг/м³(2, с. 512, табл.IV)

ρ_б= 829 кг/м³(2, с. 512, табл.IV)

ρ_ац= 748 кг/м³(2, с. 512, табл.IV)

ρ_б= 842 кг/м³(2, с. 512, табл.IV)

Определение геометрических размеров колонны

H_т= (n-1)h_т= (44-1) 0,3 = 14,1 м

Расстояние между тарелками принимаем равным 0,3 м, с=0,03 (3, с. 1033)

Объем паровой фазы:

Принимаем ближайший больший диаметр (ГОСТ 21944-76):

D= 1400 мм

Пересчет скорости пара:

Расчет гидравлического сопротивления колонны

Гидравлическое сопротивление одной тарелки:

Δp= Δp_c+Δp_σ+Δp_ж[Па], где

1)Δp_c– потеря напора пара на преодоление местных сопротивлений на сухой тарелке.

Δp_c= ξρ_пw₀²/2

ξ = 4,5 (6, с. 25) – для колпачковых тарелок.

Для верхней части колонны:

Δp_c^в=

Для нижней части колонны:

Δp_c^н=

2) Δp_σ– сопротивление, вызываемое силами поверхностного натяжения.

Δp_σ= 4σ/d_э, где

d_э= 0,012 мм (7, с. 27)

σ^в= 23,8 дин/см (2, с. 526, табл.XXIV)

σ^н= 16,8 дин/см (2, с. 526, табл.XXIV)

Δp_σ^в=

Δp_σ^н=

3) Δp_ж– статическое сопротивление слоя жидкости на тарелке.

Δp_ж=K_Аh_жρ_жg, где

K_А= 0,65 – коэффициент фэрации жидкости или относительная плотность парожидкостной смеси (6, с. 26)

h_ж=h_w+h_wo– высота слоя жидкости на тарелке, где

h_w– 0,05 м (6, с. 26) высота перегородки

h_wo= 0,0029w_в^2/3м – напор жидкости надо сливной перегородкой

w_в=w_R/B– [м/м³ч] плотность орошения через сливную планку

В = 960 мм – (5, с. 618, табл. 24.11) длинна сливной перегородки

Для верха колонны:

w_R= ПR/ρ_ж= 3600∙0,380∙2,38/753 = 4,32 м³/ч

w_в= 4,32/0,96 = 4,50 м/м³ч

h_wo= 0,0029∙4,5^2/3= 0,00790 м

h_ж=h_w+h_wo= 0,05+0,00790 = 0,0579 м

Δp_ж= 0,65∙0,0579∙753∙9,81 = 191,5Па

Для низа колонны:

w_R= ПR+w₁/ρ_ж= 3600∙(0,380∙2,38+1,167)/796 = 9,17 м³/ч

w_в= 9,17/0,96 = 9,55 м/м³ч

h_wo= 0,0029∙9,55^2/3= 0,01305 м

h_ж=h_w+h_wo= 0,05+0,01305 = 0,0631 м

Δp_ж= 0,65∙0,0631∙796∙9,81 =245Па

Полное гидравлическое сопротивление одной тарелки для верха колонны:

Δp^в= 1,951 + 7,93 + 191,5 = 201 Па

Для низа колонны:

Δp^н= 2,73 + 5,59 + 245 = 253 Па

Полное гидравлическое сопротивление колонны:

Δp= Δp^вn^в+ Δp^нn^н=

Расчет тепловой аппаратуры Расчет кубового кипятильника

1)Расчет Q_кип

Q_кип=w₀C₀t₀-w₁C₁t₁+П(Rr_д+i_п)

С = С_ац a+ С_б(1-а)

По номограмме:

Температура	Ацетон кДж/кг С	Бензол кДж/кг С
t0=78◦C	2,35	1,927
t1=67◦C	2,37	1,969
t2=57◦C	2,39	2,03

С₀= 2,35∙0,035+1,927∙0,965=1,942 кДж/кг∙С

С₁= 2,37∙0,33+1,969∙0,67=2,10 кДж/кг∙С

С₂= 2,39∙0,94+2,03∙0,06=2,37 кДж/кг∙С

r_д=r_аца₂+r_б(1- а₂)

r_ац=511 кДж/кг (2, с. 541, табл. XLV)

r_б=403 кДж/кг (2, с. 541, табл. XLV)

r_д= 511∙0,94+403∙0,06= 505 кДж/кг

i_п= С₂t₂+r_д= 2,37∙57+505 = 640 кДж/кг

Q_кип= 0,787∙1,942∙78-1,167∙2,1∙67+0,38(2,38∙505+640) = 655 кВт

2)Расчет расхода греющего пара в кипятильнике:

Р_гр=0,1 МПа

r_конд= 2261 кДж/кг (2, с. 549, табл.LVII)

D_гр= 648/2261 = 0,287 кг/с

3

t, C

F

t₀ = 78C

t_гр = 100С

)Расчет коэффициента теплопередачи

Δt=t_гп–t₀= 100-78 = 22C

Коэффициент теплопередачи от

конденсирующегося пара к жидкости:

Для водяного пара:

где x — высота труб

с = 0,943— для вертикальных теплообменников

А₀ = 12,2·10³ (8, с.149)

Примем К_ор= 1500 Вт/м²К. Тогда:

По каталогу выбираем теплообменник (2, с.57):

одноходовой кожухотрубный теплообменник

F = 40 м²

l = 2000 мм

d_н∙s = 25∙2 мм

f_тр=0,091 м²

В этом случае получаем:

А =

В качестве материала, из которого сделаны трубы, выбираем (5, с.101):

Х17Н13М2Т

В₀– коэффициент, учитывающий процесс испарения кубового остатка:

Коэффициент φ находим по формуле:

Давление в кубе:

Коэффициент теплопередачи:

Методом итераций находим истинное значение К = 1255 Вт/м²К

F = Q/kΔ = 655000/1255∙22 = 23,5 м²

По каталогу выбираем теплообменник (2, с.57):

одноходовой кожухотрубный теплообменник

D = 600 мм

F= 40 м²

l= 2000 мм

d_н∙s= 25∙2 мм

f_тр=0,091 м²