7. Гидравлическое сопротивление тарелок колонны

Гидравлическое сопротивление тарелок колонны определяют по формуле

ΔРк = N*ΔРт, где N–число тарелок, ΔРт –полное сопротивление тарелки, которое определяется по формуле: ΔРт = ΔРс + ΔРп + ΔРσ

где:

–гидравлическое сопротивление сухой тарелки;

x–коэффициент сопротивления сухих тарелок, для ситчатых тарелок x=1,85

W–скорость пара в сечении колонны 0,742 м/с;

–плотность пара при средней температуре в колонне:

(1,619+1,266)/2=1,443кг/м³;

F_c–относительная площадь для прохода паров 0,147;

P_c=1.85*(0,742)²*1.443/(2*(0.147)²)=33,972 Па;

–гидравлическое сопротивление газожидкостного слоя (пены) на тарелке

g–ускорение свободного падения 9,8 м²/с;

–плотность жидкости:

Для верхней части колонны :

ΔРп = 9.81*736,615*0.0274 = 197,998 Па

Для нижней части колонны :

ΔРп = 9,81*958,91*0,0214 = 201,308 Па

–гидравлическое сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения;

Р_σ= 17,24 Па

Тогда общее сопротивление тарелки:

ΔРтв = 33,972 + 197,998 +17,24 = 249,21 Па

ΔРтн = 33,972+201,308+17,24 = 252,52 Па

Полное гидравлическое сопротивление колонны:

ΔРк =7*252,52+20*249,21= 6751,84 Па.

8.Тепловая изоляция колонны:

Толщину тепловой изоляции _и находят из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции от поверхности изоляции в окружающую среду:

где _в=9.3+0.058t_ст2 - коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду, Вт/м²К

t_ст2 - температура изоляции со стороны окружающей среды; для аппарата, работающего в закрытом помещении, t_ст2= 40°С

t_ст1=120 °С - температура изоляции со стороны аппарата. Ввиду незначительного термического сопротивления стенки аппарата по сравнению с термическим сопротивлением слоя изоляции, t_ст1 принимают равной температуре греющего пара t_г1 t_в=20 °С - температура окружающей среды

_и - коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/мК.

Рассчитаем толщину тепловой изоляции:

_в=9.3+0.05840 = 11.62 Вт/м²К

В качестве материала для тепловой изоляции выберем совелит (85% магнезия

и 15% асбеста), имеющий коэффициент теплопроводности _и=0.09 Вт/мК. Тогда получим:

Принимаем толщину тепловой изоляции для всех аппаратов 0,031 м.

Рассчитаем суммарную поверхность теплопередачи в окружающую среду:

Подогреватель:

D = 0.6 м, H = 2 м, F1 = 4.34 м²

Кипятильник:

D = 0.8 м, H = 4 м, F2 = 11.06 м²

Дефлегматор:

D = 0.6 м, H = 3 м, F3 = 6.22 м²

Холодильник куба:

D = 0.8 м, H = 2 м, F4 = 6.03 м²

Холодильник дистиллята:

D = 0.4 м, H = 4 м, F5 = 5.28 м²

Колонна:

D = 1.2 м, H = 16 м, F6 = 62.58 м²

Суммарная площадь F = 95.51 м²

Суммарные потери тепла через изоляцию:

9. Тепловой расчёт

9.1 Тепловой расчёт подогревателя исходной смеси

По t-x-y диаграмме найдем:

- температура кипения исходной смеси, найденная с использованием констант Антуана;

При :

Определим расход тепла на подогрев исходной смеси:

Для обогрева подогревателя будем использовать греющий пар с давлением P = 0,2 МПа.

Свойства конденсата при температуре конденсации:

Расход греющего пара определим из уравнение теплового баланса:

Средняя разность температур:

Примем ориентировочный коэффициент теплопередачи К_ор = 350 Вт/м²К

По ГОСТ 15118-79, ГОСТ 15120-79 и ГОСТ 15122-79 выберем кожухотрубчатые теплообменники, наиболее подходящие по поверхности теплообмена:

D кожуха, мм	d труб, мм	Число ходов	Общее число труб	Длина труб, м	Площадь сечения, 102		Площадь сечения 1 хода	Поверхность F, м2
					в вырезе	между
600	25х2	2	240	2,0	4,0	4,5	4,2	38,0

Уточненный расчет подогревателя:

Для трубного пространства (исходная смесь):

Определим коэффициент теплоотдачи к воде, пренебрегая поправкой (Pr/Pr_ст)^0,25

Коэффициент теплоотдачи от пара, конденсирующегося на пучке труб, расположенных вертикально:

Сумма термических сопротивлений стенки труб из нержавеющей стали и загрязнений со стороны воды и пара равны:

Коэффициент теплопередачи:

Требуемая поверхность теплопередачи:

Запас поверхности:

Теплообменник подходит. Запас поверхности 21,8 %