Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - вода (стр. 4 из 6)

Термическое сопротивление стальной стенки трубы

материал трубок – сталь,

(см. [1], стр.529, т. XXVIII),

толщина стенки

= 2мм (см. [4] стр.413)

Предварительный выбор теплообменника:

где

= 500 (см. [1], стр.172, табл.4-8).

Согласно [4], стр.415, принимаем двухходовой теплообменник ТН со следующими параметрами: d = 25´2 мм; n = 121; F = 31,5 м2; lтр =3,5 м.

Расчет скорости воды

м/c

Режим течения

= 0.81.10-6 м2/c при t = 300C – ср. темп. воды (см. [1] стр.537)

Находим значение критерия Нуссельта по графику (см. [1] стр.154)

= 1 = 18.

= 3,2(см. [1] стр.564, табл. XIII)

= 18. = 29,7

Тогда коэффициент теплоотдачи a2, характеризующий теплоотдачу стенка–охлаждающая вода, будет равен:

где l2 = 0,624

- коэффициент теплопроводности воды при 300С (см. [1], стр.561, табл. X).

Коэффициент теплоотдачи паров дистиллата, конденсирующегося на горизонтальных трубах, находим через А – комплекс теплофизических величин, характеризующих пары воды (А соответствует по своему физическому смыслу частному коэффициент теплоотдачи aконд=a1).

,

при t2 = 560С - 0,24 м (см. [1], стр.556, рис. V)

(см. [1], стр.561,рис. X) при t2 = 560С

r=750,4 кг/м3 (см. [1], стр.512, табл. IV)

,

где С - коэффициент расположения трубок, равный при горизонтальном расположении 0,72,

Теперь рассчитаем коэффициент теплопередачи К.

,

где eр = 0,59–коэффициент рядности (см. [1], рис.4.7, стр.162).

Методом итераций находим К по выражению:

(500-613,9-602-603,2-603,1)

К=603

Требуемая поверхность теплопередачи

м2

Согласно [4], стр.415, принимаем двухходовой теплообменник со следующими параметрами: d = 25´2 мм; z = 6; n = 266; F = 100 м2; lтр =5,0 м.

Расчет испарителя (кипятильника)

Средняя разность температур

Ориентировочное значение площади теплообмена составит

где

= 1000 (см. [1], стр.172, табл.4-6).

В соответствии с [4], стр.413, поверхность наиболее близкую к расчетной имеет теплообменник ТЛ со следующими характеристиками: d = 25´2 мм; n = 121; F = 31,5 м2; lтр =3,5 м.

Коэффициент теплопередачи от конденсирующегося пара к кипящей жидкости (см. [7], стр.533):

где С - коэффициент расположения трубок, равный при вертикальном расположении 0,943 (см. [1], стр.149), х – высота труб).

А0=

при Т = 142,90С

Р=1,1атм.

,

где

- динамический коэффициент вязкости кубового продукта (см. [1], стр.512, рис. V).

Тогда

B0=

Методом итераций находим К по выражению:

(1000-1547,66-1719,39-1751,97-1757,37-1758,24-1758,38)

К=1758

Тогда требуемая поверхность составит

м2

Исходя из значений требуемой поверхности теплообмена Fтр выбираем теплообменник ТЛ со следующими параметрами: D = 325 мм, d = 25´2 мм; F = 16 м2, lтр = 3,0 м (см. [2], стр.56, табл.2.9)

Выбор емкостей

Для хранения дистиллята, кубового остатка и исходной смеси используют емкости. В качестве емкостей мы будем использовать горизонтальные цистерны и резервуары. Горизонтальные цистерны предназначены для хранения жидкостей. Они представляют собой горизонтальные сварные сосуды, которые укреплены изнутри кольцами и тягами жесткости, сваренными из уголка. Днища цистерн могут быть выпуклыми или плоскими. Резервуары представляют собой сварные сосуды горизонтального типа, сваренные из углеродистой стали обыкновенного качества, Резервуары снабжены съемными барботерами, двумя лазами, смотровыми окнами и двумя патрубками для присоединения трубопроводов каждый.

Емкость для хранения исходной смеси

Определяем объем исходной смеси

где t = 6ч = 21600с - время хранения смеси в емкости (см. [5], стр.47)

- плотность исходной смеси при t = 20 0С

Пусть длина резервуара к его диаметру L/D = 2, тогда

Емкость для дистиллята

Определяем объем дистиллята

где t = 6ч = 21600с (см. [5], стр.47)

- плотность исходной смеси при t = 20 0С

Пусть длина резервуара к его диаметру L/D = 2, тогда

Емкость для кубового остатка

Находим объем кубового остатка

где

Пусть длина резервуара к его диаметру L/D = 2, тогда

Расчет тепловой изоляции

Толщина тепловой изоляции dи находится по уравнению

где lи = 0,098

- коэффициент теплопроводности совелита как изоляционного материала (см. [1], стр.529, табл. XXVIII);

= 400С - температура изоляции со стороны окружающей среды;

= 142,90С - температура изоляции со стороны аппарата;

= - 11,10С - средняя температура воздуха в Тамбове в январе (см. [1], стр.513, табл. XV);

9,3 + 0,058× = 9,3 + 0,058×40 = 11,62 - коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду.

Принимаем изоляцию с толщиной 5 мм.