Расчет ректификационной установки 2 (стр. 3 из 5)

Тогда для верхней части колонны:

Тогда для нижней части колонны:

Рассчитаем коэффициент переноса в жидкой фазе:

Изм Лист № докум Подп Дата лист 10

h_x = 0,258∙Ф∙c∙Pr_x^0,5∙Z^0,15 (1.24)

где с и Ф – коэффициенты; Pr_x = µ_x/(ρ_x ∙D_x) – критерий Прандтля для жидкости; Z– высота слоя насадки одной секции, которая из условия прочности опорной решетки и нижних насадки не должна превышать 3м.

Таким образом, для верхней части колонны:

для нижней части колонны:

Рассчитаем высоту единиц переноса в паровой фазе:

(1.25)

где ψ – коэффициент; Pr_y = µ_y/(ρ_y ∙D_y) – критерий Прандтля для пара; Ls = L/(0,785·d²) – массовая плотность орошения, кг/(м²∙с); d– диаметр колонны, м; f₁=µ_x^0,16; f₂=(1000/ρ_x)^1,25; f₃ = (72,8∙10^-3)^0,8/σ

для верхней части колонны:

для нижней части колонны:

Найдем общую высоту единиц переноса для верхней и нижней части колоны:

h_oy= h_y+mG/L

где m – средний коэффициент распределения в условиях равновесия.

Тогда для верхней части колонны:

h_oyв = 4,29+1,35·(3,3+1)∙0,2/3,3 = 1,63 м

Для нижней части колонны:

h_oyн = 1,47+1,6·(3,3+1)·0,22/(3,3+

) = 1,76 м Изм Лист № докум Подп Дата лист 11

Рассчитаем высоту насадки в верхней и нижней части колонны:

Н_в = 10,15·1,63 = 16,56 м – для верхней части колонны

Н_н = 14,1·1,76 = 24,8 м – для нижней части колонны

Рассчитаем общую высоту насадки в колонне.

Н = Н_в+ Н_н = 16,56+24,8 = 41,36 ≈ 42 м (1.26)

Т.к высота слоя насадки в 1 секции может быть Z=3 м то общее число секций равно 14.

Рассчитываем общую высоту ректификационной колонны:

H_к = Z·n+(n-1)∙h_p+Z_в+Z_н,= 3·14+(24-1)·0,5+1+2 = 56,5 м

где h - расстояние между тарелками, м;Z_в и Z_н - расстояние соответственно между
верхней тарелкой и крышкой колонны и между днищем колонны и нижней тарелкой, м.

Изм Лист № докум Подп Дата лист 12

1.4. Расчёт гидравлического сопротивления насадки.

Рассчитаем критерий Рейнольдса для газа в верхней и нижней частях колонны:

(1.27)

Тогда для верхней части колонны:

Для нижней части колонны:

Отсюда следует, что режим движения турбулентный.

Рассчитаем коэффициент сопротивления сухой насадки.

(1.28)

Для верхней части колонны:

Для нижней части колонны:

Рассчитываем гидравлическое сопротивление сухой насадки.

(1.29)

Для верхней части колонны:

Для нижней части колонны:

Изм Лист № докум Подп Дата лист 13

Рассчитаем плотность орошения в верхней и нижней частях колонны.

(1.30)

Для верхней части колонны:

Для нижней части колонны:

Рассчитаем гидравлическое сопротивление насадки

Для верхней части колонны:

Для нижней части колонны:

Рассчитаем общее гидравлическое сопротивление орошаемой насадки в колонне.

ΔР = ΔР_в+ ΔР_н (1.31)

Тогда получим:

ΔР = 20548+17209 = 37757 Па

Изм Лист № докум Подп Дата лист 14

2. Расчёт теплообменных аппаратов

2.1.Рассчитываем теплообменник подогреватель исходной смеси.

Выбрать тип, рассчитать и подобрать нормализованный конструкции пластинчатого теплообменника для подогрева G₂ = F = 2,64 кг/с органической жидкости от температуры t_2н = 37°C до t_2к = 100°C.

Рассчитаем среднюю температуру смеси:

t₂ = 0,5∙(37+100) = 68,5°C

При этой температуре исходная смесь будет иметь следующие физико-химические показатели:

c₂ = 3222,2 Дж/кг·К - теплоемкость

ρ₂ = 986,2 кг/м³- плотность

μ₂ = 0,000531 Па·с – вязкость

λ₂ = 0,413 Вт/м·К – теплопроводность

Pr₂ = 6,5

Для подогрева использовать насыщенный водяной пар давлением 0,4 Мпа. Температура конденсации t₁ = 143,62°C.

При этой температуре конденсат имеет следующие характеристики:

r₁ = 2133800 Дж /кг - удельная массовая теплота испарения (конденсации)

ρ₁ = 924,1 кг/м³- плотность

μ₁ = 0,000186 Па·с – вязкость

λ₁ = 0,686 Вт/м·К – теплопроводность

Pr₁=1,17

2. Рассчитаем тепловую нагрузку аппарата:

Q= 1,05·G₂·c₂·( t_2к - t_2н) = 1,05·2,64·3222,2· (100-37) = 562712,12 Вт (2.1)

3. Рассчитаем расход пара для подогрева исходной смеси:

(2.2)

4. Рассчитаем среднюю разность температур:

(2.3)

Примем коэффициент теплопередачи равной K_ор= 1000 Вт / м²∙К.

5. Рассчитаем площадь поверхности передающей тепло:

(2.4) Изм Лист № докум Подп Дата лист 15

Возьмём пластинчатый теплообменник с поверхностью теплообмена F = 6,3 м²; поверхность пластины f = 0,2 м²; число пластин N = 34.

6. Определим запас площади теплообменника:

Δ = (F-F_ор)·100/ F_ор= (6,3-5,32)·100/5,32=18,4% (2.5)

Таким образом, выбранный теплообменник подходит с запасом 18,4%

Изм Лист № докум Подп Дата лист 16

2.2. Расчёт кожухотрубчатого конденсатора (дефлегматора).

Рассчитать и подобрать нормализованный вариант конструкции кожухотрубчатого конденсатора смеси паров органической жидкости и паров воды (дефлегматора) для конденсации G₁ = P = 0,6 кг/с паров.

Удельная теплота конденсации смеси r₁= 611700 Дж/кг,

температура конденсацииt_k= 100°С.

Физико-химические свойства конденсата при температуре конденсации:

l₁ = 0,681 Вт/м·К;

r₁ = 958 кг/м³;

m₁ = 0,000284 Па·с.

Тепло конденсации отводить водой с начальной температурой t_2н= 17°С.

Примем температуру воды на выходе из конденсатора t_2к= 42°С.

1. Рассчитаем среднюю температуру воды:

t₂ = 0,5·(17+42) = 29,5°C

При этой температуре исходная смесь будет иметь следующие физико-химические показатели:

c₂ = 4183,8 Дж/кг·К

ρ₂ = 995,15 кг/м³- плотность

μ₂ = 0,000811 Па·с – вязкость

λ₂ = 0,614 Вт/м·К – теплопроводность

Pr₂ = 5,5

2. Рассчитаем тепловую нагрузку аппарата:

Q= G₁·r₁ = 0,6·611700 = 367020 Вт (2.2.1)

3. Рассчитаем расход воды:

(2.2.2)

4. Рассчитаем среднюю разность температур:

(2.2.3)

Примем K_ор= 600 Вт/м²·К.

5. Рассчитаем ориентировочное значение требуемой поверхности теплообмена:

(2.2.4)

6. Задаваясь числом Re₂= 15000, определим соотношение n /z для конденсатора из труб диаметром d_н= 20´2 мм:

Изм Лист № докум Подп Дата лист 17

(2.2.5)