Расчет двух ректификационных установок непрерывного действия для разделения смеси этилацетат – толуол (стр. 7 из 10)

где Pr, Pr_ст – критерий Прандтля соответственно при температуре жидкости и при температуре стенки.

Отсюда находим критерий Нуссельта:

где

и - критерий Прандтля соответственно при средней температуре смеси и температуре стенки:

Тогда критерий Нуссельта:

Подставляя численные значения получим:

Рассчитываем удельный тепловой поток от стенки к холодному теплоносителю:

Условием стационарного теплообмена является q=const. q₁≠q₂.

Строим график зависимости удельного теплового потока от температуры стенки.

Из графика находим:

Находим истинное значение поверхности теплопередачи

Запас площади составляет:

Оставляем выбранный нормализованный кожухотрубчатый подогреватель исходной смеси от температуры 20 ⁰С до, температуры входа в колонну, 95 ⁰С, эта температура является температурой кипения смеси.

4. Подбор кожухотрубчатого конденсатора

Рассчитать и подобрать нормализованный вариант конструкции кожухотрубчатого конденсатора, для конденсации паров легколетучего компонента в количестве

=0,352 кг/с. Температура конденсации t₁=78 ⁰C, удельная теплота конденсации r = 365200 Дж/кг. Физико-химические свойства конденсации при температуре конденсации:

Тепло конденсации отводится водой, с начальной температурой t_2н=25 ⁰С. Примем температуру воды на выходе из конденсатора t_2к=33 ⁰С. Потери тепла примем 5%.

Тепловая нагрузка аппарата:

(6.95)

Расход воды находим из уравнения теплового баланса:

(6.96)

Средняя разность температур:

Рисунок 12 – Зависимость изменение температуры теплоносителей от поверхности теплообмена.

В соответствии K_ор=650 Вт/(м²∙К), примем ориентировочное значение поверхности:

(6.96)

Задаваясь Числом Рейнольдса Re=15000. Определим соотношение

для конденсатора из труб диаметром d_н=25х2 мм:

(6.97)

где n – общее число труб;

z – число ходов по трубному пространству;

d – внутренний диаметр труб, м.

Выбираем кожухотрубчатый конденсатор по ГОСТ 15118-79 и ГОСТ 15120-79, со следующими конструктивными особенностями [1.табл. 2.3 с. 51]:

Поверхность теплообмена S=14,5 м².

Длина труб L=3,0 м.

Общее число труб n=62 шт.

Число ходов z=1

Диаметр труб d=25x2 мм.

Диаметр кожуха D=325 мм.

Запас площади составляет:

5. Подбор кипятильника

Подобрать нормализованный вариант конструкции кожухотрубчатого испарителя ректификационной колонны, с получением G_W=

паров водного раствора органической жидкости, кипящая при температуре t₂=109 ⁰C, удельная теплота конденсации равна r₂=363000 Дж/кг

В качестве теплоносителя используется насыщенный водяной пар давлением 0,3 МПа. Удельная теплота конденсации r₁=2171000 Дж/кг, температура конденсации t₁=133⁰С.

Расход греющего пара определим из уравнения теплового баланса:

(7.98)

Средняя разность температур:

Рисунок 13 – Зависимость изменение температуры теплоносителей от поверхности теплообмена.

Примем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи K_ор=400 Вт/(м²∙К). Тогда ориентировочное значение требуемой поверхности составит:

(7.100)

Выбираем испаритель по ГОСТ 15119-79 и ГОСТ 15121-79, [1.табл. 2.3 с. 51].

Поверхность теплообмена S=40,0 м².

Длина труб L=2,0 м.

Общее число труб n=257 шт.

Число ходов z=1

Диаметр труб d=25x2 мм.

Диаметр кожуха D=600 мм.

Запас площади составляет:

6. Расчёт штуцеров

Внутренний диаметр трубопроводов определим по уравнению:

(8.101)

где

- расход пара или жидкости, кг/с;

- плотность пара или жидкости, кг/м;

- скорость пара или жидкости, м/с.

6.1 Рассчитаем диаметр штуцера для входа исходной смеси в колонну

где

- плотность жидкости при температуре входа в колонну, кг/м³,[1 табл. IV с. 512].