Ректификационная установка для разделения смеси этанол- вода

=

(м² К)/Вт

Окончательно получим:

Вт/(м² К)

 

 

 

Требуемая поверхность теплообмена  составит:

м²

 

 

 

 

2. Случай 2:

D_кож = 400 мм; d_н = 20 x 2 мм;

F = 21 м²; l = 2 м; z = 2; n/z = 83.

Проведем  уточненный  расчет. 
Определяем коэффициент теплопередачи 

 

 

Для этого определяем коэффициенты теплоотдачи и сумму термических сопротивлений стенки и загрязнений.

 α определяется из критерия Nu: 

 

 

 

поправкой (Pr/Pr_st)^0.25 пренебрегаем.

В итоге

 

 

Определяем критерии Re и Pr для охлаждающей воды:

 

=

=

 

 

 

 

Получим:

Вт/(м² К)

 

Коэффициент теплоотдачи от пара, конденсирующейся на пучке горизонтальных труб определяется:

 

 

 

ε = 0,6 при n ˃ 100, тогда

Вт/(м² К)

 

Примем термические сопротивления  загрязнений со стороны дистиллята и воды, соответственно, равными r_з1 = 11600 (м² К)/Вт и r_з2 = 1860 (м² К)/Вт. Повышенная коррозионная активность этих жидкостей диктует выбор нержавеющей стали в качестве материала труб. Теплопроводность нержавеющей стали примем равной λ_ст = 17,5 Вт/(м К). Сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений равна:

=

(м² К)/Вт

 

Окончательно получим:

Вт/(м² К)

 

 

 

Требуемая поверхность теплообмена  составит:

м²

 

 

Анализ :

Выбираем конденсатор 2 случая, т.к. при тех же параметрах металлоемкость конструкции меньше. Параметры :

D_кож = 400 мм; d_н = 20 x 2 мм;

F = 21 м²; l = 2 м; z = 2; n/z = 83.

По каталогу ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШа, 1991г., «Кожухотрубчатые теплообменные аппараты общего и специального назначения», выбираем конденсатор двухходовой с площадью теплообмена 21 м². Диаметр кожуха - 400 мм, длина труб – 2000мм, количество – 166 шт.

 

 

7. Расчет и подбор теплообменников.

7.1.  Подогреватель исходной смеси.

Для нагревания исходной смеси до Т_кип используется пар с давлением 0.3 МПа,

r_p = 2171 КДж/кг - теплота парообразования пара при данном давлении.

 

 

 

Определяем среднелогарифмическую разность температур:

=

 

 

 

 

 

Определяем тепловую нагрузку подогревателя:

=

Вт 

 

Расход греющего пара:

=

кг/с

 

 

 

Принимаем К = 400 Вт/(м² к):

Площадь поверхности  теплообмена составит:

=

м²

 

 

 

По каталогу ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШа, 1991г., «Кожухотрубчатые теплообменные аппараты общего и специального назначения», выбираем конденсатор одноходовой с площадью теплообмена 10 м². Диаметр кожуха - 325 мм, длина труб – 2000 мм, количество труб – 62 шт.

 

 

 

7.2. Кипятильник

Необходимое количество пара которое необходимо получить из кипятильника:

=

кг/с

 

 

Нагревается кубовый  остаток паром с давлением 0,5 МПа.

Дж/кг

- теплота парообразования пара  при данном давлении.

 

Определяем среднелогарифмическую разность температур:

 

 

 

=

 

 

 

 

Определяем тепловую нагрузку кипятильника:

=

Вт 

 

Расход греющего пара составит:

=

кг/с

 

 

 

Принимаем   

Вт/(м² К)

 

 

Площадь поверхности  теплообмена составит:

=

м²

 

 

 

По каталогу ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШа, 1991г., «Кожухотрубчатые теплообменные аппараты общего и специального назначения», выбираем испаритель двухходовой с площадью теплообмена 31 м². Диаметр кожуха - 400 мм, длина труб – 3000 мм, количество труб – 166 шт.

 

7.3. Холодильник

Задаемся температурами  охлаждающей воды на входе и выходе из холодильника, и температурой дистиллята на выходе из него.

Определяем физико-химические свойства при средних температурах теплоносителей:

	дистиллят	охлажд. вода
ρ, кг/м3	924	998
λ, Вт/(м К)	0.41	0.593
μ, Па с	0.0004	0.001
с, Дж/(кг К)	2387	4190

 

Определяем среднюю разность температур:

 

 

 

 

 

 

 

Определяем тепловую нагрузку холодильника:

=

Вт 

 

Вт/(м² К)

Принимаем :  

Площадь поверхности  теплообмена составит:

=

м²

 

 

 

Определяем расход воды:

=

кг/с

 

Для ориентировочного выбора теплообменника примем ориентировочное  значение Re = 15000, что соответствует развитому турбулентному режиму течения жидкости в трубах. Очевидно, что такой режим возможен в теплообменнике, у которого число труб, приходящееся на один ход, равно: 
для труб диаметром

мм 

=

 

 

 

 

По каталогу ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШа, 1991г., «Кожухотрубчатые теплообменные  аппараты общего и специального назначения», выбираем теплообменник одноходовой  с площадью теплообмена 19 м². Диаметр кожуха - 325 мм, длина труб – 3000 мм. Количество труб – 100 штук.

 

 

 

 

 

 

7.4. Рекуператор

Задаемся температурой исходной смеси на входе в рекуператор, и температурой кубового остатка  выходящего из рекуператора. Для определения  температуры исходной смеси на выходе из рекуператора используем тепловой баланс рекуператора.

Тепло переданное кубовым  остатком исходной смеси:

=

Вт 

 

Где t_k.o. = 95 ˚C - температура выхода жидкости из куба колонны.

Конечная температура:

=

 

 

 

Определяем физико-химические свойства при средних температурах теплоносителей:

	Исходная смесь	Кубовый остаток
ρ, кг/м3	909.3	915.2
λ, Вт/(м К)	0.43	0.41
μ, Па с	0.0004	0.0003
с, Дж/(кг К)	2390	2395

Определяем среднюю разность температур:

 

 

 

 

 

Для ориентировочного выбора теплообменника примем ориентировочное значение  Re = 15000, что соответствует развитому турбулентному режиму течения жидкости в трубах. Очевидно, что такой режим возможен в теплообменнике, у которого число труб, приходящееся на один ход, равно: 
для труб диаметром

мм 

 

=

 

 
Примем, ориентировочно К = 600 Вт/(м² К), при этом коэффициенте теплопередачи площадь составит:

=

м²

 

 

 

По каталогу ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШа, 1991г., «Кожухотрубчатые теплообменные  аппараты общего и специального назначения», выбираем холодильник одноходовой с площадью теплообмена 52 м². Диаметр кожуха - 400 мм, длина труб – 6000 мм. Количество труб – 111 штук.

 

 

 

 

 

8. Тепловой баланс процесса ректификации

 

 

Q₁ + Q₂ + Q₃ = Q₄ + Q₅ + Q₆

 

Q₁ = 261600 - тепло, поступающее в кипятильник ректификационного аппарата с греющим паром, Вт.

Q₂ = 231600 - тепло, поступающее с разделяемой смесью, Вт.

Q₃ = 615200- тепло, поступающее с флегмой, Вт.

Q₄ = 532300 - тепло, уходящее с парами, Вт.

Q₅ = 220600 – тепло, уходящее с остатком, Вт.

Q₆ – тепло, выделяемое в окружающую среду.

Q₆ = Q₁ + Q₂ + Q₃ - Q₄ - Q₅ = 355500 Вт.

Для снижения тепловых потерь возможно применение тепловой изоляции как на колонне и теплообменниках, так и на трубопроводах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы:

 

1. «Основные процессы и аппараты химической технологии», пособие по проектированию под ред. Ю. И. Дытнерского. М., «Химия» 1991 г.
2. К.Ф. Павлов, П. Г. Романков, А. А. Носков. «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии». Л., «Химия», 1987г.
3. Г. Я. Рудов, Д. А. Баранов. «Расчет тарельчатой ректификационной колонны», методические указания. М., МГУИЭ, 1998г.
4. А. А. Лащинский, А. Р. Толчинский. «Основы конструирования и расчета химической аппаратуры». М, 1968г.
5. «Краткий справочник физико-химических величин». М., «Химия», 1967г.
6. Каталог «Кожухотрубчатые теплообменные аппараты общего и специального назначения». М., «ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ», 1991г.
7. Каталог «Емкостная стальная сварная аппаратура». М., «ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ», 1969г.