3.4 Подбор холодильника для охлаждения в дефлегматоре -конденсаторе.

Рассчитаем кожухотрубчатый теплообменник для охлаждения в дефлегматоре – конденсаторе и водой. Исходный раствор в количестве G_D = 0,2273 кг/с охлаждается от температуры 66,2 °С до 25 °С. Температурой захоложенной воды 15 °С. Тепловая нагрузка, в соответствии с подразделом 2.5, 11058 Вт. Средняя движущая сила рассчитывается по формулам:

°С;

°С;

Среднелогарифмическая разность температур:

(3.7)

где = = 41,2 ºС, а = = 10 ºС.

°С.

Ориентировочная поверхность теплообмена по [2] формула (2.1):

(3.8)

По таблице 2.1 [2] принимаем Вт/(м²·К) (от жидкости к жидкости для воды, для свободного движения).

По таблице 2.3 [2] принимаем кожухотрубчатый теплообменник D= 325 мм (диаметр кожуха), F = 25,0 м², d = 20×2 мм (диаметр труба), L = 4 м (длина трубы), n=100 (общее число труб, шт), m = 1 (число ходов).

Запас поверхности теплообмена:

Выбранный теплообменник имеет запас поверхности в сравнении с рассчитанной в пределах 49,43 %, значит он выбран правильно.

3.5 Подбор теплообменника для куба – испарителя

Рассчитаем кожухотрубчатый теплообменник для теплообмена между кубом-испарителем и греющим паром. Исходный раствор подогревается от температуры 25 °С до 66,2°С. Давление пара р=0,4 МПа, температурой конденсации 142,9 °С [1], таблица LII. Тепловая нагрузка, в соответствии с подразделом 2.5, 1438600 Вт. Средняя движущая сила рассчитывается по формулам:

°С;

°С;

Среднелогарифмическая разность температур:

(3.9)

где = = 76,7 ºС, а = = 41,2 ºС.

°С.

Ориентировочная поверхность теплообмена по [2] формула (2.1):

(3.10)

По таблице 2.1 [2] принимаем Вт/(м²·К) (от жидкости к жидкости для воды, для свободного движения).

По таблице 2.3 [2] принимаем кожухотрубчатый теплообменник D= 600 мм (диаметр кожуха), F = 73 м², d = 20×2 мм (диаметр труба), L = 3 м (длина трубы), n=389 (общее число труб, шт), m = 1 (число ходов).

Запас поверхности теплообмена:

Выбранный теплообменник имеет запас поверхности в сравнении с рассчитанной в пределах 42,88 %, значит он выбран правильно.

3.6 Подбор насоса для подачи исходной смеси

При расчете насоса возникает задача определения необходимого напора при заданном расходе жидкости перемещаемой насосом. По полученным характеристикам выбирают насос конкретной марки.

Напор насоса рассчитывают по [2], формула (1.33):

(3.11)

где – давление в аппарате, в который подается жидкость;

– давление в аппарате, из которого перекачивается жидкость;

Н_Г – геометрическая высота подъема жидкости;

h_П – суммарные потери напора во всасывающей и нагнетательной линии.

Рассчитаем насос, который необходим для подачи исходной смеси в колонну. Массовый расход питания 0,4167 кг/с (из условия), плотность смеси определим по ее средней температуре в трубопроводе по [5] таблица 5 с.347. Так как исходная смеси подается из бака при температуре 25 °С, а в колону подводится при температуре кипения 70,4°С, то ее средняя температура:

Тогда плотность смеси:

Объемный расход питания:

(3.12)

м³/с.

Для всасывающего и нагнетающего трубопровода примем одинаковую скорость течения, равную 2 м/с [2] стр.16. Тогда внутренний диаметр трубопровода:

(3.13)

м.

Выбираем по [2] с.16 стальную углеродистую трубу наружным диаметром 25 мм, толщиной стенки 2 мм, внутренним диаметром 21 мм. Фактическая скорость воды в трубе.

(3.14)

м/с.

Примем, что коррозия трубопровода незначительна. Число Рейнольдса:

(3.15)

где – вязкость исходной смеси, (определяем по [5] рисунок 1 c.398).

_{Определим вязкость исходной смеси, при ее средней температуре в трубопроводе t=47,7°C.}

Формула для определения коэффициента трения зависит от режима движения жидкости и шероховатости трубопровода. При таком значении Re достигается турбулентный режим. Примем абсолютную шероховатость трубопровода м (определено по [5] таблица 11 с.355). Тогда относительная шероховатость

(3.16)

Далее получим:

1/е = 1/0,0095 = 105,3.

560/е = 560/0,0095= 58947;

Таким образом, в расчет коэффициента трения λ следует производить по [2] формула (1.7):

(3.17)

Далее для нахождения величины требуемого напора необходимо определить сумму коэффициентов местных сопротивлений. Значение данных коэффициентом зависят от вида местного сопротивления и режима движения жидкости. Для всасывающей линии (в соответствии с технологической схемой в графической части):

1. вход в трубу (принимаем с острыми краями) по [2] с.14;

2. прямоточный вентиль, необходимый для остановки подачи жидкости в случае ремонтных работ на линии или замены насоса (с учетом поправочного коэффициента k = 0,91, зависящего от величины числа Re) по [2] стр.15;

3. 2 колена с поворотом на 90°, принимаем по [2] с.

Сумма коэффициентов местных сопротивлений во всасывающей линии:

Потеря давления на всасывающей линии находим по [4] формула (1.2):

(3.18)

Принимаем длину трубопровода на всасывающей линии трубопровода L = 10 м.

м.

Для нагнетательной линии:

1. 2 отвода под углом 90º (коэффициент А = 1; В = 0,2) по [2] с.14

2. 3 прямоточных вентиля, необходимый для остановки подачи жидкости в случае ремонтных работ на линии, замены основного насоса при подаче исходной смеси в колону резервным насосом, замены теплообменного оборудования (с учетом поправочного коэффициента k = 0,91, зависящего от величины числа Re) по [2] с.15;

3. выход из трубы по [2] с.15.

Сумма коэффициентов местных сопротивлений в нагнетательной линии:

С учетом высоты колонны принимаем длину трубопровода на нагнетательной линии трубопровода L = 20 м. Потеря давления на нагнетательной линии по [2] формула (1.2):

м.

Общие потери напора насоса по [2] с.22:

(3.19)

м

Принимаем геометрическую высоту подъема жидкости (исходя из анализа технологической схемы) Н_Г = 15 м

Необходимый напор насоса:

м

По [5] и [6] c.100 устанавливаем, что по заданным подаче и напору более всего соответствует центробежный насос марки 2К-9, для которого при оптимальных условиях работы Q = 2·10^-3 м /с, Н = 22 м, . Насос обеспечен электродвигателем Siemens 10-1-1 номинальной мощностью 10 кВт, . Частота вращения вала с^-1.