Флегмовое число……………………………………………1,94

Нагрузка куба, кВт………………………………………….468,95

Нагрузка дефлегматора, кВт……………………………….437,94

Общее число единиц переноса по паровой фазе

для укрепляющей секции………………………………..18,93

для исчерпывающей секции………………………………6,50

размер насадки.…………………….50 мм

	Сечение1	Сечение2	Сечение3	Сечение4
Скорость пара, м/с	1,43	1,48	1,17	1,21
Скорость захлёбывания, м/с	2,19	2,08	1,58	1,58
Частная высота единиц переноса для пара, м	0,44	0,33	0,18	0,15
Частная высота единиц переноса для жидкости, м	0,16	0,2	0,23	0,22

Диаметр укрепляющей части м	Диаметр исчер- пывающей части, м	Высота укреп- ляющей части, м	Высота исчер пывающей части, м	гидравлическое сопротивление бар
0,6	0,6	10,38	2,57	0,187

Н=10,38+2,57=12,95м

(D²H)=4,662м³

размер насадки………………………. 35 мм

	Сечение1	Сечение2	Сечение3	Сечение4
Скорость пара, м/с	0,81	0,84	0,66	0,68
Скорость захлёбывания, м/с	1,76	1,67	1,26	1,27
Частная высота единиц переноса для пара, м	0,94	0,88	0,52	0,51
Частная высота единиц переноса для жидкости, м	0,14	0,2	0,23	0,24

Диаметр укрепляющей части м	Диаметр исчер- пывающей части, м	Высота укреп- ляющей части, м	Высота исчер пывающей части, м	гидравлическое сопротивление бар
0,8	0,8	20,06	4,93	0,147

Н=20,06+4,93=24,99м

(D²H)=15,9936 м³

размер насадки………………………. 25 мм

	Сечение1	Сечение2	Сечение3	Сечение4
Скорость пара, м/с	0,81	0,84	0,66	0,68
Скорость захлёбывания, м/с	1,36	1,29	0,98	0,98
Частная высота единиц переноса для пара, м	0,62	0,54	0,31	0,29
Частная высота единиц переноса для жидкости, м	0,12	0,16	0,17	0,17

Диаметр укрепляющей части м	Диаметр исчер- пывающей части, м	Высота креп- ляющей части, м	Высота исчер пывающей части, м	гидравлическое сопротивление бар
0,8	0,8	13,35	3,09	0,184

Н=13,35+3,09=16,44м

(D²H)=10,5216 м³

Значит, берём колонну с кольцами Рашига размером 50мм и с диаметром колонны 600мм

Окончательный расчет ректификационной колонны

1. Расчет высоты колонны

Выбрав высоту насадки (рабочей зоны), остается определить остальные параметры ректификационной колонны.

Слои насадки располагаются в отдельных царгах с фланцевыми соединениями, поэтому следует определить высоту одного слоя насадки и количество этих слоев (царг), имея ввиду, что один слой насадки должен быть 2–3 метра.

Нижний слой насадки – укрепляющая часть высотой 2,57м. Исчерпывающую часть разобьем на 4 равных слоев по 2,595 м (10,38/4 = 2,595).

Высота уровня жидкости внизу колонны рассчитывается по формуле

h_ур = ∆P_тр/(_{w *} g) (12)

Гидравлическое сопротивление колонны получим, рассчитав гидравлическое сопротивление приходящееся на 1 метр укрепляющей и исчерпывающей частей и умножив затем это значение на высоту h_у или h_и.

∆P_тр = 0,187 бар = 18589,5 Па

Таким образом,

h_ур = 18689,5/(733,834*9,81) = 2,596 (м) = 2596 мм

Выберем высоту верхней царги как 1,5*D = 1,5*600 = 900 (мм)

Высоту эллиптической крышки выберем исходя из того, что диаметр закругления на оси равен 0,25*D = =0,25*600 = 150 (мм), величину цилиндрической отбортовки примем равной 40мм. Т. о. Суммарная высота Н_кр = 150+40 = 190 (мм).

Высоту эллиптического днища выберем также исходя из того, что диаметр закругления на оси равен 0,25*D = 0,25*600 = 150 (мм), а величину цилиндрической отбортовки примем равной 40 мм. Т. о. Суммарная высота Н_кр = 150+40 = 190 (мм).

Высоту от уровня жидкости до нижней решетки под насадку определим как ≈1,5D = 900 (мм).

Высоту между двумя соседними слоями насадки примем равной 500 мм.

Таким образом, полная высота колонны (без штуцеров) составляет:

H = 190+2596+900+2570+300+900+300+2595*4+500*3+300+900+190 = 21026 (мм).

2. Расчет толщины стенок

Расчет толщины цилиндрической обечайки ведется по формуле:

S ≥ p • D / (2 []  – p) +с (13)

Где р = 760 мм рт. ст. = 0,101325 Мпа;  = 0,9 – стыковая сварка выполненная вручную с одной стороны при контроле 100 % длины шва.

При расчетной температуре 110^оС нормативное допускаемое напряжение ^* =150 МПа; примем коэффициент  равным 0.9, т. к. смесь спиртов пожароопасна и тогда:

[] =  • ^* = 135 МПа.

Рассчитаем с как прибавку для компенсации коррозии по формуле:

с = П • Т_э = 1 мм/год • 7 лет =7 мм

Где Т_э – срок службы аппарата.

Итак,

S ≥ 0,101325 • 0,6 / (2 [135] 0,9 – 0,101325) +7↔

S ≥ 7,25 мм

Примем толщину стенки 8 мм.

Расчет толщины эллиптических днищ и крышек ведется по формуле:

S ≥ p • D / (2 []  – 0,5 p) +с (14)

Приняв те же значения, что и для расчета обечайки получим:

S ≥ 0,101325 • 0,6 / (2 [135] 0,9 – 0,5*0,101325) +7 ↔

S ≥ 7,05 мм

Примем толщину стенки 8 мм.

3. Расчет теплоизоляции

Толщина слоя теплоизоляции рассчитывается по формуле

_из = * (t_w – t_ст)/(t_ст – t_ср) (15)

Где температура стенки заизолированного аппарата t_ст не должна превышать 40^оС, а среднесуточную июльскую температуру t_ср примем равной 20 ^оС (для Смоленска); _из – теплопроводность материала теплоизоляции, в качестве которого выберем совелит:

t_w= 81,29С

_из = 0,0878 + 0,000175 * (t_w + t_ст) / 2 = 0,098413 (Вт/ м*К)

_из – коэффициент теплоотдачи найдем по эмпирической формуле Линчевского:

_из = 9,74 + 0,07 (t_ст – t_ср) = 11,14 (Вт/ м²*К)

Таким образом, расчетная величина толщины теплоизоляции составляет

_из = * (81,29 – 40) / (40 – 20) = 0,01824(м) = 19 мм.

МАТЕРИАЛЬНЫЙ И ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС

Материальный баланс ректификационной колонны по всей смеси и по блквыражается системой уравнений

F = P + W,

F*x_f = P*x_p + W*x_w ; (16)

Подставив в эту систему известные F,x_f,x_p,x_w, найдем неизвестные расходы дистиллята и кубового остатка:

W=F*(x_p–x_f)/(x_p–x_w) = 0,7 (кг/с)

P = F – W = 0.3 (кг/c)

Найдем теперь тепловые нагрузки всех теплообменников и массовые расходы теплоносителей. Формулы и результаты расчетов представлены в таблице 6.

Таблица 6.

Теплообменник	Q, кВт	G1, кг/с	G2, кг/с
Кипятильник	Qк = 468.88	Qк/rH2O= 0.2195	Qк/rw= 0.71
Дефлегматор	Qд = 137,94	P*(R+1) = 0,882	Qд / rH20 = 14.95
Подогреватель	Qп = F*(Hf – H20f) = 128,68	Qп / rH2O = 0,0602	F = 1
Холодильник Р	QхР = P*(Hp – H30p)=17,63712	P = 0,3	QхР / rH2O = 0.60195
Холодильник W	QхW =W*(Hw – H30w)= 107,618	W = 0,7	QхW/rH2O = 3.673

Расчет и подбор теплообменников

Расчет теплообменников велся на ЭВМ с помощью программы «РАБИРЕК- » по следующему алгоритму:

1. Подбор кипятильника

В межтрубном пространстве кожухотрубного кипятильника (испарителя) конденсируется водяной пар, который подаётся под давлением 4*10⁵Па. Температура пара равна 142.9С. В трубном пространстве испаряется кубовая жидкость. Температура этой смесиt_w= 81.29С.

Свойства теплоносителей при этих температурах рассчитываются по формулам, приведенным в разделе «Физические свойства».

Для конденсата для жидкости

=923,39кг/м³ =0,12907 Вт/м·К

=0,68261 Вт/м·К =0,5125 мПа·с

=0,191866 мПа·с =18,65 мН/м

r=2135.9888 кДж/кг(t.кип.)=2,0624 кг/м³

(р. атм.)=2,0624 кг/м³

cр= 3343,33 Дж/кг ·С

r=663.5692 Дж/кг

(t-t)_cр= 142,9 – 81,29 = 61,61С

(t-t)_cр=61,61С

терм. сопротивлений=6,242·10^-4м²·К/Вт

тепловая нагрузка Q=468.88кВт

В результате компьютерных расчетов были получены следующие результаты:

Высота труб м	Коэффициент теплоотдачи в тр. пр - ве	Коэффициент теплоотдачи в мтр. пр - ве	Коэффициент теплопередачи	Поверхность теплообмена м2
2	1043,72	8969,33	590,14	12,9

По этим данным подбираем по ГОСТ 15119-79 и 15121-79 наиболее подходящий теплообменник [1], имея ввиду, что F_геом ≥ F_рассч * 1,25

Диаметр кожуха, мм ………………………………………………D=600

Внешний диаметр труб, мм ………………………………………d=25х2

Число ходов в теплообменнике ………………….……………….k=1

Общее число труб, шт. ……………………………………………N=257

Длина труб одного хода, м …………………………………….….l=2,0

Поверхность теплообмена, м²…………………………………….S=40,0

2. Подбор дефлегматора

В межтрубном пространстве кожухотрубного дефлегматора (конденсатора) конденсируется дистиллят, температура которого t_р = 56,21С. В трубном пространстве протекает вода начальная температура которойt_н = 23С, а конечнаяt_к = 30С.

Расход пара определяем по формуле:

Gпара=Р(R+1) =0,3(1,94+1)=0,882 кг/с

Q=G₁(H_1н–H_1к)=G₁r₁=G₂(H_2к–H_2н) , гдеr₁ – теплота конденсации.

H_2к= 125,7 кДж/кг – энтальпия воды при 30С

H_2н= 96,4 кДж/кг - энтальпия воды при 23С

Конденсат Жидкость все расчёты проводим при средней

_конд=0,148356 Вт/м·К температуре. Для воды она равняется 26,5С.

_конд=749,13 кг/м³ _жид=0,60815 Вт/м·К

r_конд=503,378 кДж/кг_жид=0,86115 мПа·с

_конд=0,239 м Пас ср_жид=4179,1 Дж/кг·С

терм. сопротивлений=6,3423·10^-4 м²·К/Вт

Gжид=14,95кг/с – определяем из материального баланса.

Тепловая нагрузка Q=137,94кВт

Тип теплообменника…………………………………………вертикальный

Наружный диаметр труб, м ……………………………………………0,025

Число ходов по трубному пространству, шт………………………………6

Высота труб, м ………………………………………………………………3

Общее число труб, шт…………………………………………………….196

Коэффициент теплоотдачи в тр. пр - ве	Коэффициент теплоотдачи в мтр. пр - ве	Коэффициент теплопередачи	Поверхность теплообмена м2	Число Re в тр.
5781,8	1320,11	639,10	23,49	32221,7

Подбираем по ГОСТ 15119-79 и 15121-79 наиболее подходящий теплообменник [1], имея ввиду, что F_геом ≥ F_рассч * 1,25.

Диаметр кожуха, мм ………………………………………………D=600

Внешний диаметр труб, мм ………………………………………d=25х2

Число ходов в теплообменнике ………………….……………….k=6

Общее число труб, шт. ……………………………………………N=196

Длина труб одного хода, м …………………………………….….l=3,0

Поверхность теплообмена, м²…………………………………….S=46,0

Площадь сечения одного хода по трубам,10²м²……………………1,1