Проект ректификационной установки непрерывного действия для разделения смеси метиловый - этиловый спирт (стр. 7 из 7)
Температурная схема процесса
110 –110
28–76,2
; 
. 
ºС.Определим среднюю температуру смеси
ºС.Объемный расход смеси
м3/с,где ρ1=858,7 кг/м3 – средняя плотность в колонне при t1=55,6 ºС (таблица IV [1]);
G1=1,32 кг/с – массовый расход смеси.
Средняя плотность жидкости в колонне:
= 
Расход теплоты на нагрев смеси
Вт,где с1=2750 Дж/(кг·К) – средняя удельная теплоемкость смеси при t1=55,6 ºС (рисунок XI [1]).
Значения теплоемкостей, необходимые для расчета, находим по формуле:
,где
- теплоемкости компонентов при соответствующих температурах; 
- массовые доли компонентов. 
;Расход сухого греющего пара с учетом 7 % потерь теплоты
кг/с,где r=2217·103 кг/с – удельная теплота конденсации водяного пара (таблица LVII [1]);
х – паросодержание греющего пара.
Ориентировочно определяем максимальную величину площади поверхности теплообмена. Минимальное значение коэффициента теплопередачи для случая теплообмена от конденсирующегося водяного пара к органическим жидкостям Кmin=300 Вт/(м2·К) (таблица 4.8 [1]). При этом
м2.Составляем схему процесса теплопередачи. Для обеспечения турбулентного течения смеси при Re>10000 скорость в трубах должна быть больше w'1
м/с,где μ1=1,275·10-3 Па·с – динамический коэффициент вязкости смеси при t1=55,6 ºС (таблица VI [1]);
Динамический коэффициент вязкости смеси:
где μА, μВ- коэффициенты динамической вязкости компонентов А и В при соответствующей температуре [2, c.516].
d1=0,021 м – внутренний диаметр труб;
ρ1=784,5 кг/м3 – плотность смеси при t1=55,6 ºС (таблица IV [1]).
Число труб 25х2 мм, обеспечивающих объемный расход смеси при Re=10000
.Условию n<30,4 и F<59,5 удовлетворяет шестиходовой теплообменник, внутренним диаметром 600 мм с числом труб на один ход трубного пространства n=33 (общее число труб n=196).
Уточняем значение критерия Рейнольдса Re
.Критерий Прандтля для смеси при средней температуре t1=55,6 ºС равен
,где λ1=0,15– коэффициент теплопроводности смеси при t1=55,6 ºС (рисунок Х [1]);
с1=2723,5 Дж/(кг·К) – средняя удельная теплоемкость смеси при t1=55,6 ºС (рисунок XI [1]);
μ1=1,275·10-3Па·с – динамический коэффициент вязкости смеси при t1=55,6ºС (таблица VI [1]).
Рассчитаем критерий Нуссельта для смеси
,где ε1=1.
Отношение (Pr1/Prст1)0,25 примем равным 1,1 (с последующей проверкой).
Таким образом, коэффициент теплоотдачи для смеси равен
Вт/(м2·К).Рассчитаем коэффициент теплоотдачи при конденсации водяного пара на пучке горизонтальных труб. Расчет осуществляем приближенно (без учета влияния поперечных перегородок).
Вт/(м2·К),где ε=0,6 – коэффициент, зависящий от расположения и числа труб по вертикали в пучке, для шахматного расположения труб и числе труб nв=14 (с.162 [1]);
εГ=0,6 – коэффициент, зависящий от относительной массовой концентрации воздуха в паре – Υ, принимаем Υ=0,5 % (с.164 [1]);
Вt=1058 (таблица 4.6 [1]);
G2=0,56 кг/с;
n=196 – общее число труб;
L=2 м – длина труб (таблица 4.12 [1]).
Примем тепловую проводимость загрязнений стенки со стороны греющего пара 1/rзагр.2=5800 Вт/(м2·К), со стороны бутанола 1/rзагр.1=5800 Вт/(м2·К) (таблица ХХХI [1]). Коэффициент теплопроводности стали λст=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 Δtср=61,5 ºС – средняя разность температур.
Проверяем принятое значение (Pr1/Prст1)0,25. Определим
ºС, 
ºС.Определим критерий Прандтля при tст1=87,6 ºС
,где λ1=0,149– коэффициент теплопроводности смеси при tст1=87,6 ºС (рисунок Х [1]);
с1=2750 Дж/(кг·К) – средняя удельная теплоемкость бутанола при tст1=87,6ºС (рисунок XI [1]);
значения теплоемкостей, необходимые для расчета, находим по формуле:
,где
- теплоемкости компонентов при соответствующих температурах; 
- массовые доли компонентов. ;μ1=0,677·10-3 Па·с – динамический коэффициент вязкости смеси при tст1=87,6 ºС (таблица VI [1]).
Динамический коэффициент вязкости смеси:
где μА, μВ- коэффициенты динамической вязкости компонентов А и В при соответствующей температуре [2, c.516].
Следовательно,
Было принято (Pr1/Prст1)0,25 =1,1. Разница
Расчетная площадь поверхности теплообмена
м2.Принимаем к установке шестиходовой теплообменник с F=31 м2.
Характеристики теплообменника
Внутренний диаметр кожухаDн=600 мм;
Общее число трубn=196;
Поверхность теплообменаF=31 м2;
Длина трубL=2 м;
Диаметр трубыd=25х2 мм.
Запас площади поверхности теплообмена
В результате проведенного расчета мы определили:
Диаметр D=2600 мм и высоту колонны H =23,75 м, число тарелок 46.
Произвели гидравлический и тепловой расчет колонны.
Рассчитали и подобрали вспомогательное оборудование.
Библиографический список
1. Ченцова,Л.И. Процессыи аппараты химической технологии: учебное пособие к самостоятельной работе/ Л.И. Ченцова, М.К. Шайхудинова, В.М. Ушанова.- Красноярск: СибГТУ,2006.-267с.
2. Павлов, К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учебное пособие для вузов. Перепечатка с изд. 1987г.- М.:ООО «РусМедиаКонсалт», 2004.-576с.
3. Шайхудинова М.К., Ченцова Л.И., Борисова Т.В. Процессыи аппараты химической технологии. Расчет выпарной установки: учебное пособие к выполнению курсового проекта.-Красноярск: СибГТУ, 2005.- 80с.
4. Левин Б.Д., Ченцова Л.И., Шайхутдинова М.Н., Ушанова В.М. процессы и аппараты химических и биологических технолгий. Учеб. пособие для студентов химических специальностей вузов / Под общ. ред. д-ра. хим. Наук С.М. Репяха. – Красноярск: Сибирский государственный технологический университет, 2002. - 430с.
5. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/ Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Под ред. Ю.И. Дытнерского, 2-е изд., перераб. и дополн. М.: Химия, 1991. – 496 с.