Проект ректификационной установки непрерывного действия для разделения смеси метиловый - этиловый спирт (стр. 6 из 7)

65,5⁰С 65,5⁰С

18 ⁰ С38⁰ С

Определим среднюю температуру воды

Расход теплоты

Где r₁- удельная теплота конденсации смеси при температуре конденсации t₁=65,5,r₁=1087 кДж/кг.

,

где:

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

.

Расход воды

кг/с,

Где с₂=4190 Дж/(кг К) – удельная теплоемкость воды при средней температуре t₂=28⁰ С

Объемный расход воды

м³/с,

Где ρ₂= 995 кг/м³- плотность воды при t₂=28⁰ С,

G₂ =17,5 кг/с - расход воды.

Ориентировочно определяем максимальную величину площади поверхности теплообмена. Минимальное значение коэффициента теплопередачи для случая теплообмена от конденсирующегося пара органических жидкостей к воде. К_min=300 Вт/(м²·К) (таблица 4.8 [1]). При этом

м².

Для обеспечения турбулентного течения воды при Re>10000 скорость в трубах должна быть больше w¹

м/с,

Где μ₂ – динамический коэффициент вязкости воды при средней температуре t₂=28⁰ С, μ₂=0,818*10^-3 Па с;

d₂- внутренний диаметр труб, d₂=0,021 м;

ρ₂= 995 кг/м³- плотность воды при t₂=28⁰ С.

Число труб 25х2 мм, обеспечивающих объемный расход воды при Re=10000

.

Условию n<30 и F<130 м²удовлетворяет теплообменник шестиходовой диаметром 800 мм с числом труб на один ход трубного пространства n=384/6=64.

Уточняем значение критерия Рейнольдса Re

.

Критерий Прандтля для воды при средней температуре t₁=28 ºС равен

,

где λ₁=0,605– коэффициент теплопроводности воды при t₁=28 ºС (рисунок Х [1]);

с₁=4190 Дж/(кг·К) – средняя удельная теплоемкость воды при t₁=28 ºС (рисунок XI [1]); μ₁=0,818·10^-3Па·с – динамический коэффициент вязкости воды при t₁=28 ºС (таблица VI [1]).

Рассчитаем критерий Нуссельта для воды

,

где ε₁=1.

Отношение (Pr₁/Pr_ст1)^0,25 примем равным 1,1 (с последующей проверкой).

Таким образом, коэффициент теплоотдачи для воды равен

Вт/(м²·К).

Коэффициент теплоотдачи при конденсации пара смеси метанола и этанола на пучке горизонтальных труб

Вт/м²К,

где

- коэффициент теплопроводности смеси при t₁=66 ºС (рисунок Х [1]); =0,198 Вт/м²К,

динамический коэффициент вязкости смеси при t₁=66 ºС (таблица VI [1]),

Примем тепловую проводимость загрязнений стенки со стороны греющего пара 1/r_загр.2=5800 Вт/(м²·К), со стороны смеси 1/r_загр.1=5800 Вт/(м²·К) (таблица ХХХI [1]). Коэффициент теплопроводности стали λ_ст=46,5 Вт/(м²·К) (таблица ХХVII [1]); δ=0,002 м – толщина стенки.

Находим сумму термических проводимостей стенки и загрязнений

Вт/(м²·К).

Коэффициент теплопередачи

Вт/(м²·К).

Поверхностная площадь теплового потока

Вт/м²,

где Δt_ср=37,5 ºС – средняя разность температур.

Проверяем принятое значение (Pr₁/Pr_ст1)^0,25. Определим

ºС,

ºС.

Определим критерий Прандтля при t_ст1=39,98 ºС

,

где λ₁=0,6– коэффициент теплопроводности воды при t_ст1=39,98ºС (рисунок Х [1]);

с₁=4190Дж/(кг·К) – средняя удельная теплоемкость воды при t_ст1=39,98ºС (рисунок XI [1]);

μ₁=0,72·10^-3 Па·с – динамический коэффициент вязкости воды при t_ст1=39,98ºС (таблица [1]).

Следовательно,

Было принято (Pr₁/Pr_ст1)^0,25 =1,05. Разница

Расчетная площадь поверхности теплообмена

м².

Принимаем к установке шестиходовой теплообменник с F=60 м².

Внутренний диаметр кожухаD_н=800 мм;

Общее число трубn=384;

Поверхность теплообменаF=60 м²;

Длина трубL=2 м;

Диаметр трубыd=25х2 мм.

Запас площади поверхности теплообмена

4.3 Расчет холодильника для дистиллята

В холодильнике происходит охлаждение дистиллята до температуры конденсации до 30⁰С.

65,5⁰С 30⁰С

38⁰С 18⁰С

Количество тепла, отнимаемого охлаждающей водой от дистиллята в дефлегматоре пара

Принимаем К=300Вт/м²·К.

Поверхность теплообмена холодильника дистиллята находим из основного уравнения теплопередачи

C запасом принимаем 1-х ходовой теплообменник с поверхностью F = 9м² (табл. 4.12, с 215 [1])

Характеристика теплообменника

Диаметр кожуха наружный 273мм

Диаметр труб 25

2мм

Длина труб 3,0м

Количество труб 62

4.4 Расчет холодильника для кубового остатка

В холодильнике кубового остатка происходит охлаждение кубовой жидкости от температуры кипения до 30⁰С.

77⁰С 30⁰С

38⁰С 18⁰С

Количество тепла, отнимаемого охлаждающей водой от кубовой жидкости

Принимаем К=300Вт/м²К

Поверхность теплообмена холодильника кубовой жидкости

C запасом принимаем 2-х ходовой теплообменник с поверхностью F = 57м² (табл. 4.12, с 215 [1])

Характеристика теплообменника

Диаметр кожуха 600м

Диаметр труб 25

2мм

Длина труб 3,0м

Количество труб 240

4.5 Расчет подогревателя

Служит для подогрева исходной смеси от t_н = 18-20^оС до температуры t_F = 76,2^oC. Исходная смесь подогревается водяным насыщенным паром с температурой 100^оС.