Студопедия — Тепловой баланс колонны
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Тепловой баланс колонны






По фазовой диаграмме находим температуру кипения исходной смеси:

tf=104 0C (xf=0.52).

Температура кипения дистиллята:

td=100.6 0C (xd=0.9).

Температура кипения остатка:

tw=115.4 0C (xw=0.048).

Количество тепла вносимое начальной смесью:

;

.

Ск – удельная теплоёмкость уксусной кислоты, ккал/(кг×0С);

Св – удельная теплоёмкость воды, ккал/(кг×0С).

Теплота вносимая флегмой:

;

ккал/с =1729 кДж/с.

Количество тепла вносимое в колонну греющим паром:

;

где i, iк – энтальпии водяного пара и его конденсата при атмосферном давлении, i=634.8ккал/кг = 2658 кДж/кг, iк= 89,03 ккал/кг = 372,8 кДж/кг;

D – расход греющего пара.

Тепло уносимое парами, поднимающимися с верхней тарелки в дефлегматор:

;

, кДж/с;

Тепло уносимое кубовыми остатками:

;

, кДж/с;

Тепло затрачивается на подогрев исходной смеси от первоначальной температуры 50 0С до температуры кипения 104 0С.

.

Удельная теплоёмкость исходной смеси Сf¢ берётся по средней температуре:

, 0С;

, кДж/с.

Уравнение теплового баланса для колонны:

, кДж/с.

Расход греющего пара с учётом 10% потерь в окружающую среду

, кг/с.

 

Статьи баланса Обозначение кДж/ч %
Приход тепла: Со свежей смесью С флегмой С паром Итого   Q1 Q2 Q3    
Расход тепла В дефлегматоре С кубовым остатком В окружающую среду итого   Q4 Q5 Q6    

 

 

 
 

5. Расчёт дефлегматора колонны

Дефлегматор предназначен для конденсации паров низкокипящего компонента. Конструктивно выполняется в виде вертикальных или горизонтальных кожухотрубных теплообменников. В данном курсовом проекте в ыбираем вертикальный кожухотрубный теплообменник.

Приход тепла с паром:

, кДж/с.

Приход тепла с водой:

, кДж/с.

Расход тепла с дистилянтом:

, кДж/с.

Расход тепла с водой:

, кДж/с.

Расход тепла в окружающую среду:

, кДж/с.

Тепло, отдаваемое воде:

, кДж/с.

 


6. Тепловой и конструкивный расчёт дефлегматора

Температура кипения дистиллята 100,6 0С при атмосферном давлении. Определим среднюю разность температур между конденсирующимся паром смеси и охлаждающей водой. Большая разность температур Dtб=100,6-5=95,6 0С, а меньшая разность температур Dtм=100,6-80=20,6 0С. Температурный напор определяем как среднюю логарифмическую разность температур:

, 0С.

Средняя температура охлаждающей воды:

, 0С.

Первое приближение:

Определим режим движения воды в трубах. Для этого рассчитываем какое количество труб диаметром 32/38 мм потребуется на один ход в трубном пространстве при турбулентном движении воды. Скорости движе ния теплоносителей из опыта эксплуатации принимают для жидкостей от 0,5 до 5 м/с. Принимаю w=5 м/с.

;

;

Тепловая нагрузка конденсатора:

кВт,

кг/с.

Число Нуссельта для охлаждающей воды:

.

Для нагревающихся жидкостей можно принимать =1. При средней температуре охлаждающей воды 51,7 0С, n=0,556×10-6 м2/с, Pr=3,54.

Найдём коэффициент теплоотдачи при конденсации паров дистиллята, поднимающихся с последней тарелки. При конденсации на горизонтальной трубе:

Вт/(м2×К).

где 0C/

Коэффициент теплопередачи:

Вт/(м2×К).

Определяем площадь поверхности теплообмена:

м2.

Определяем число труб в теплообменнике:

.

Выбираем стандартный теплообменник с разбивкой труб по шестиугольникам n=91, при числе труб по диагонали nд=11.

Проверяем скорость движения воды в трубах:

м/с.

 

Второе приближение:

Принимаю w=2,5 м/с, трубы диаметром 32/38 мм, число труб n=91.

Расход охлаждающей воды:

кг/с;

Тепловая нагрузка конденсатора:

кВт.

Температура охлаждающей воды на выходе из теплообменника:

0С.

Температура кипения дистиллята 100,6 0С при атмосферном давлении. Определим среднюю разность температур между конденсирующимся паром смеси и охлаждающей водой. Большая разность температур Dtб=100,6-5=95,6 0С, а меньшая разность температур Dtм=100,6-11=89,6 0С. Температурный напор определяем как среднюю логарифмическую разность температур:

, 0С.

Средняя температура охлаждающей воды:

, 0С.

Число Рейнольдса:

.

Число Нуссельта для охлаждающей воды:

.

Вт/(м2×К).

Принимаю =1. При средней температуре охлаждающей воды 8 0С, n=1,306×10-6 м2/с, Pr=9,52.

Найдём коэффициент теплоотдачи при конденсации паров дистиллята, поднимающихся с последней тарелки. При конденсации на горизонтальной трубе:

Вт/(м2×К).

Уточняем температуру стенки:

;

Коэффициент теплопередачи:

Вт/(м2×К).

Определяем площадь поверхности теплообмена:

м2.

Определяем длину труб в теплообменнике:

м.

Выбираем стандартный теплообменник с разбивкой труб по шестиугольникам n=91, при числе труб по диагонали nд=11.

Находим диаметр корпуса:

мм.

Принимаем одноходовой горизонтальный кожухотрубный теплообменник. Диаметр корпуса D=620 мм, n=91,длина труб ℓ=3,4м.

 


7. Расчёт испарителя колонны

Назначение испарителя – испарить жидкость в куб колонны. Образующийся пар поступает к кипящей тарелке. Испарители выполняются в виде вертикальных кожухотрубных теплообменников.

Из теплового баланса колонны необходимое тепло:

Q=1943.2+1792+4077.8=7813, кДж/с.

С учётом потерь в окружающую среду, тепловая нагрузка испарителя

, кДж/с.

Температура кипения кубового остатка tw=115,4 0С, температура греющего пара:

, 0С.

 

8. Тепловой и конструктвиный расчёт испарителя

Средний температурный напор:

, 0С.

Коэффициент теплоотдачи определим графоаналитическим методом. Передача тепла от конденсирующегося пара к стенке:

при р=190 МПа, температура насыщения tн=118,29 0С.

Dt              
q1              

Строим график зависимости q1=f(Dt1).

Передача тепла через стальную стенку, lcт=46,5, Вт/(м2·К):

.

 

Строим график зависимости q2=f(Dt2):

Dt              
q2              

Передача тепла через накипь:

Строим график зависимости q3=f(Dt3):

Dt              
q3              

Передача тепла от стенки к кислоте

Скорость примем w=0,6 м/с.

dвн –внутренний диаметр тру ыб.

.

, Вт/(м2·К).

.

Dt              
q4              

 

Из графика находим q=191.5×103 Вт/(м2·К). Поверхность нагрева испарителя:

, м2.

По ГОСТ 15118-79 выбираем испаритель типа ИН-600, с поверхностью теплообмена 61 м2, длина труб ℓ=3 м, диаметр трубы 25 мм, одноходов ой.

 


9. Расчёт холодильника

Количество передаваемой теплоты

,

теплоёмкость готового продукта

, кДж/(кг×К),

, кДж/с.

Температуру готового продукта принимаем 0C.

Теперь находим расход охлаждающей воды:

, кг/с.

Принимаем противоток. Большая разность температур , 0С. Меньшая разносит температур 15 0С. Средне логарифмический температурный напор:

, 0С.

Средняя температура охлаждающей воды:

, 0С.

Средняя температура готового продукта:

, 0С.

Находим значения физических свойств теплоносителя при этих температ урах:

lв=64,9×10-2, Вт/м2×К; ld=0,582, Вт/м2·К.

nв=0,538·10-6, Па×с; nd=0.92×10-6, Па·с.

rв=1000, кг/м3; rd=1034, кг/м3.

Prв=3.41; Prd=6.

св=4.19, кДж/(кг×К); сd=3,7, кДж/(кг×К).

Скорости движения теплоносителей

, м/с.

Число Рейнольдса:

,

где dэкв=D-d=0.1-0.083=0.017, м.

Теплоотдачу в прямых трубах найдём через число Нуссельта:

.

Для нагревающихся жидкостей можно принимать =1.

Число Рейнольдса:

.

Число Нуссельта:

.

Для охлаждающе йся жидкости можно принять среднее значение =0,93.

.

Коэффициент теплоотдачи от смеси к стенке трубы:

, Вт/(м2×с).

Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к нагреваемой воде:

, Вт/(м2×с).

Коэффициент теплопередачи:

, Вт/(м2×К).

Плотность теплового потока:

, Вт/м2.

Площадь поверхности нагрева:

, м2.

Общая длина внутренней трубы:

м.

Длина одной секции:

м.

Число труб в секции, м.:

.

Принимаем теплообменник типа ТП расчётная поверхность F=71 м2, длина трубы ℓ=5 м, n=2.

 


10. Расчёт штуцеров

1. Расчёт штуцеров колонны

Расчёт ведётся по расходу Gd=2 кг/с.

По уравнению неразрывности .

ω=20 м/с – принима ем для пара.

ρп=1,99 кг/м2,

м2.

;

м.

Принимаем диаметр штуцера 300 мм. Уточним скорость пара:

м/с.

2. Расчёт штуцера для дефлегматора по R×Gd=2×3=6 кг/с, w=2,5 м/с, ρ=1000кг/м3.

м2.

м.

Принимаем диаметр штуцера по ГОСТ dn=65 мм. Уточняем скорость воды:

м/с.

3. Расход свежей смеси Gf=5.83 кг/с, w=1 м/с, ρ=960 кг/м3.

м2,

м.

Принимаем dг=0,08 м.

4. Выход кубовых остатков в испаритель Gw=3.83 кг/с, w=1 м/с:

м.

Принимаем dг=0,7 м.

5. Вход пара в дефлегматор t=100.6 0C, w=20 м/с, ρ=0,9 кг/м3:

кг/с,

м2,

м.


11. расчёт изоляции колонны

Коэффициент теплоотдачи от поверхности изоляции к окружающему воздуху:

Вт/(м2·К).

tиз – температура на поверхности изоляции, принимаем 40 0С.

Выбираем изоляцию – минеральную вату, коэффициент теплопроводности λ=0,058 Вт/(м2·К).

,

м.

Принимаем маты стандартной толщины δ=50 мм в один слой.

 







Дата добавления: 2015-08-17; просмотров: 1023. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Расчетные и графические задания Равновесный объем - это объем, определяемый равенством спроса и предложения...

Кардиналистский и ординалистский подходы Кардиналистский (количественный подход) к анализу полезности основан на представлении о возможности измерения различных благ в условных единицах полезности...

Обзор компонентов Multisim Компоненты – это основа любой схемы, это все элементы, из которых она состоит. Multisim оперирует с двумя категориями...

Композиция из абстрактных геометрических фигур Данная композиция состоит из линий, штриховки, абстрактных геометрических форм...

Внешняя политика России 1894- 1917 гг. Внешнюю политику Николая II и первый период его царствования определяли, по меньшей мере три важных фактора...

Оценка качества Анализ документации. Имеющийся рецепт, паспорт письменного контроля и номер лекарственной формы соответствуют друг другу. Ингредиенты совместимы, расчеты сделаны верно, паспорт письменного контроля выписан верно. Правильность упаковки и оформления....

БИОХИМИЯ ТКАНЕЙ ЗУБА В составе зуба выделяют минерализованные и неминерализованные ткани...

Концептуальные модели труда учителя В отечественной литературе существует несколько подходов к пониманию профессиональной деятельности учителя, которые, дополняя друг друга, расширяют психологическое представление об эффективности профессионального труда учителя...

Конституционно-правовые нормы, их особенности и виды Характеристика отрасли права немыслима без уяснения особенностей составляющих ее норм...

Толкование Конституции Российской Федерации: виды, способы, юридическое значение Толкование права – это специальный вид юридической деятельности по раскрытию смыслового содержания правовых норм, необходимый в процессе как законотворчества, так и реализации права...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.012 сек.) русская версия | украинская версия