Дефлегматор

 

Исходные данные:

Q_D = 3887000 Вт

t_D = 58,31 °С – температура конденсации паров

t_внач = 14 °С – начальная температура воды

t_вкон = 24 °С – конечная температура воды

Температурная диаграмма:

 

t °C

58,31

 

 

14

Определим среднюю движущую силу процесса (по формуле 78):

Средняя температура и теплоёмкость воды:

 

Ориентировочная поверхность теплообмена (К_ор = 600 Вт/(м²∙К):

Расход охлаждающей воды (по формуле 77):

Исходя из расчётов, выбираем горизонтальный двухходовой конденсатор с внутренним диаметром кожуха D = 800 мм, числом труб n = 442 (25×2 мм), длиной труб l = 6 м, площадью трубного пространства S_тр= 0,077 м², площадью межтрубного пространства S_мтр = 0,07 м² и площадью теплообмена208 м², согласно [6].

Запас поверхности:

 

4.9 Подробный расчёт холодильника дистиллята

 

Исходные данные:

– расход дистиллята

t_D = 58,31 °С – начальная температура дистиллята

t_кон = 30 °С – конечная температура дистиллята

t_внач = 14 °С – начальная температура воды

t_вкон = 22 °С – принятая конечная температура воды

 

Температурная диаграмма:

t °C

58,31

 

Δt_б

 

 

22 30

Δt_м

Определим среднюю движущую силу процесса:

– изменение температуры горячего теплоносителя;

– изменение температуры холодного теплоносителя.

Средняя температура, теплоёмкость, вязкость, плотность и теплопроводность воды:

 

Средняя температура дистиллята (по формуле 75):

Определим теплоемкость, вязкость, плотность и теплопроводность дистиллята при средней температуре:

 

 

 

 

Тепловой баланс холодильника дистиллята (по формуле 76):

 

Расход охлаждающей воды (по формуле 77):

 

Поверхность теплообмена:

Коэффициент теплопередачи в холодильнике К_ор = 400 Вт/(м²∙К:

Определим требуемую площадь трубного пространства теплообменника с трубами 20×2 мм (дистиллят подаётся в трубное пространство теплообменника, вода подаётся в межтрубное пространство теплообменника), предполагая, что при развитом турбулентном течении Re > 10000:

(80)

 

Исходя из сделанных расчетов можем выбрать двухходовой теплообменник с трубами 20×2 c внутренним диаметром кожуха D = 325 мм, числом труб n = 90, длиной труб l = 3 м, площадью трубного пространства S_тр = 0,009 м², площадью межтрубного пространства S_мтр = 0,016 м² и площадью теплообмена17 м², согласно [6].

Скорость течения дистиллята в трубах:

(81)

 

Критерий Рейнольдса для дистиллята:

(82)

 

Скорость течения воды в межтрубном пространстве:

 

Критерий Рейнольдса для воды:

Термическое сопротивление стенок труб:

(83)

В качестве хладагента используем воду со значением тепловой проводимости загрязнений стенок , тепловая проводимость загрязнений стенок со стороны дистиллята , согласно [7]. В качестве материала труб выберем сталь Ст3 ГОСТ 380-2005 с коэффициентом теплопроводности . Толщина стенки трубы δ = 0,002 м.

 

Критерий Нуссельта для дистиллята:

(84)

 

Критерий Прандтля для дистиллята при его средней температуре:

(85)

 

Примем температуру горячей стенки t_ст1 = 27,12 °С:

 

Критерий Прандтля для дистиллята при t_ст1 = 27,12 °С:

 

 

 

 

 

Коэффициент теплоотдачи со стороны дистиллята:

(86)

 

Тепловой поток со стороны дистиллята:

(87)

 

Так как вода подаётся в межтрубное пространство, следовательно, критерий Нуссельта описывается уравнением:

(88)

где – коэффициент влияния угла атаки жидкости (для кожухотрубчатых теплообменников применимо использовать коэффициент )

 

Критерий Прандтля для воды при 18 °С:

 

Определим температуру холодной стенки, принимая, что q₁ = q_ст:

(89)

 

Критерий Прандтля для воды при температуре холодной стенки:

 

Коэффициент теплоотдачи от стенки к воде:

 

Тепловой поток со стороны воды:

 

Сопоставим q₁ и q₂, разность выразим в процентах:

– выбранная температура стенки подходит.

 

Коэффициент теплопередачи:

(90)

 

Расчётная площадь поверхности теплопередачи:

Характеристика выбранного теплообменника ГОСТ 15118-79 (325 ТНГ – 1,6 – 0,6 – М1/20 – 3 – 2):

Диаметр кожуха

Общее число труб (20×2 мм)

Число ходов

Длина труб

Площадь поверхности теплообмена

Площадь трубного пространства

Площадь межтрубного пространства

 

Запас поверхности:

Общий расход греющего пара по колонне:

 

Общий расход воды по колонне:

5 Выводы по курсовой работе:

 

В ходе работы были рассчитаны колонна и 5 теплообменников.

 

Их характеристики:

Ректификационная колонна

Диаметр – 2,2 м

Высота – 11,5 м

Число тарелок – 18

Расстояние между тарелками – 0,5 м

Общее сопротивление колонны –

Куб-испаритель

Диаметр кожуха

Общее число труб (25×2 мм)

Число ходов

Длина труб

Площадь поверхности теплообмена

 

Холодильник кубового остатка

Диаметр кожуха

Общее число труб (25×2 мм)

Число ходов

Длина труб

Площадь поверхности теплообмена

Площадь трубного пространства

Площадь межтрубного пространства

 

Подогреватель

Диаметр кожуха

Общее число труб (20×2 мм)

Число ходов

Длина труб

Площадь поверхности теплообмена

Площадь трубного пространства

Площадь межтрубного пространства

 

Дефлегматор

Диаметр кожуха

Общее число труб (25×2 мм)

Число ходов

Длина труб

Площадь поверхности теплообмена

Площадь трубного пространства

Площадь межтрубного пространства

 

Холодильник дистиллята

Диаметр кожуха

Общее число труб (20×2 мм)

Число ходов

Длина труб

Площадь поверхности теплообмена

Площадь трубного пространства

Площадь межтрубного пространства

 

Общий расход греющего пара по колонне

 

Общий расход воды по колонне

Список использованной литературы:

 

1. Волжинский А. И., Константинов В.А. Ректификация. Справочные данные по равновесию пар - жидкость: Метод. указания. – СПБ., СПбГТИ (ТУ), 2002. -20 с.

2. Волжинский А. И., Флисюк О. М. Ректификация: справочные данные по физико-химическим величинам: Метод. указания. – СПБ., СПбГТИ (ТУ), 2002. -18 с

3. Волжинский А. И., Флисюк О. М. Определение средних физических величин потоков пара и жидкости: Метод. указания. – СПБ., СПбГТИ (ТУ), 2002. -8 с 4. Волжинский А. И., Флисюк О. М. Определение средних физических величин потоков пара и жидкости: Метод. указания. – СПБ., СПбГТИ (ТУ), 2002. -8 с

4. Волжинский А. И., Константинов В.А. Ректификация: колонные аппараты с колпачковыми тарелками: Метод. указания. – СПБ., СПбГТИ (ТУ), 2002. -34 с

5. “Основные процессы и аппараты химической технологии”. Пособие по проектированию под ред. Ю.И. Дытнерского. – М.: Химия,1991.

6. Павлов К.Ф., Романков П.Т., Носков А.А. “Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. -М.: ООО "РусМедиаКонсалт",2004.-576 с

 

 

№ 2Р Спроектировать ректификационную установку непрерывного действия для разделения смеси ацетон – этиловый спирт под атмосферным давлением. Подробный расчёт и чертёж холодильника дистиллята.

Основные исходные данные:

1. Колонна с колпачковыми тарелками.

2. Производительность установки по исходной смеси 7 кг/с.

3. Концентрация легколетучего компонента: в исходной смеси 25 % масс.

в дистилляте 81 % масс.

в кубовом остатке 3 % масс.

4. Температура исходной смеси 40 °С.

5. Температура охлаждающей воды 14 °С.

6. Давление греющего пара – 3 ат (абс)