Проект ректификационной установки непрерывного действия для разделения смеси метиловый - этиловый спирт (стр. 5 из 7)

Сопротивление тарелки на нижней части колоны:

Общее сопротивление колонны:

гдеn_в , n_н – действительное число тарелок в верхней и нижней части колоны, соответственно. Определение действительного числа тарелок поведено в разделе 1,7

3. Тепловой расчет ректификационной колонны

Расход теплоты, получаемой кипящей жидкостью от конденсирующего пара в кубе-испарителе колонны

,

где

-расход теплоты, отнимаемой охлаждающей водой от конденсирующихся в дефлегматоре паров, Вт;

-тепловые потери колонны в окружающую среду, Вт;

-теплоемкость исходной смеси, дистиллята, кубовой жидкости, соответственно, Дж/кг·К.

Значения теплоемкостей, необходимые для расчета, находим по формуле:

,

где

- теплоемкости компонентов при соответствующих температурах;

- массовые доли компонентов.

Температура кипения смеси t_F=76,2^оC, кубового остатка t_W=77^оC и дистиллята t_D=65,5^оC; теплоемкости метанола и этанола при этих температурах определяем по номограмме (ХI, с.562 [1]) (А-метиловый спирт, В- этиловый спирт)

Теплоемкости смесей:

;

;

.

Количество тепла, отнимаемого охлаждающей водой от конденсирующегося в дефлегматоре пара:

;

,

-удельная теплота конденсации дистиллята, Дж/кг;

,

где:

, - удельная теплота конденсации компонентов А и В при температуре t_D=65,5^оC (табл. XLV стр.541 [1]).

.

Тепловые потери колонны в окружающую среду:

,

где

-температура наружной поверхности стенки колонны, принимаем ;

-температура воздуха в помещении, ;

α-суммарный коэффициент теплоотдачи конвекцией и излучением, Вт/(м²К),

;

.

-наружная поверхность изоляции колонны, определяем по формуле:

;

.

Потери тепла в окружающую среду:

;

.

Расход тепла в кубе колонны с учетом тепловых потерь:

Расход греющего пара в кипятильнике (давление р=4кгс/см², влажность 5%):

,

.

Расход тепла в паровом подогревателе исходной смеси рассчитывается по формуле:

,

где С₁ – теплоемкость исходной смеси при средней температуре, равной

;

,

где С_А, С_В – теплоемкости метилового спирта и этилового спирта при температуре

(с.562[1])

;

.

Расход греющего пара в подогревателе исходной смеси:

;

.

Общий расход пара:

Расход воды в дефлегматоре при нагревании ее на 20⁰С:

;

.

Расход воды в холодильнике дистиллята при нагревании ее на 20⁰С:

;

.

Расход воды в холодильнике кубового остатка при нагревании ее на 20⁰С:

;

.

Общий расход воды в ректификационной установке:

;

.

.

3.1 Расчет тепловой изоляции колонны

В качестве изоляции берем асбест (λ_из=0,151 Вт/м·К). Исходя из упрощенного соотношения (для плоской стенки) имеем:

,

где

-толщина изоляции, м;

-температура внутренней поверхности изоляции, принимаем ее ориентировочно на 10-20⁰С ниже средней температуры в колонне .

Определяем толщину изоляции:

;

.

Проверяем температуру внутренней поверхности изоляции:

;

.

расхождение: 61,1-61,3<1 °С.

4. Расчет вспомогательного оборудования

4.1 Расчет кипятильника

Температурные условия процесса.

Кубовый остаток кипит при 77⁰С. Согласно заданию, температура конденсации греющего пара равна 100⁰С (р=1,03 кгс/см²).

Следовательно, средняя разность температур:

100-77=23^оС.

Принимаем коэффициент теплопередачи К=300 Вт/(м² К) (с.172[5]).

Тепловая нагрузка

.

Площадь поверхности теплообмена

;

.

С запасом 15-20% принимаем по каталогу (табл.4.12 стр.215 [1]) теплообменник 4-х ходовой с F=464 м².

Характеристика теплообменника:

Диаметр кожуха 1200мм;

Диаметр труб 25

2мм;

Длина труб 6,0м;

Количество труб 986.

4.2 Расчет дефлегматора

В дефлегматоре конденсируется метиловый спирт с небольшим количеством этилового спирта. Температура конденсации паров дистиллята t_D=65,5^оC.

Температуру воды на входе в теплообменник примем 18⁰С, на выходе 38⁰С.

Составляем температурную схему процесса и определяем движущую силу процесса теплопередачи: