Ректификационная установка непрерывного действия

где Pr, Pr_ст – критерий Прандтля соответственно при температуре жидкости и при температу-ре стенки.

Отсюда находим критерий Нуссельта:

где и - критерий Прандтля соответственно при средней температуре смеси и тем-пературе стенки:

Тогда критерий Нуссельта:

Подставляя численные значения получим:

Рассчитываем удельный тепловой поток  от стенки к холодному теплоносителю:

Условием стационарного теплообмена является q=const. q₁≠q₂.

Строим график зависимости удельного теплового потока от температуры стенки.

Рисунок 6 – Зависимость удельного теплового потока от температуры стенки.

Из графика находим:

Находим истинное значение поверхности теплопередачи

м²

Запас площади составляет:

         Оставляем  выбранный нормализованный кожухотрубчатый подогреватель исходной смеси от температуры 20 ⁰С до, температуры входа в колонну, 91 ⁰С, эта температура яв-ляется температурой кипения смеси.

 

4 Подбор кожухотрубчатого конденсатора

Рассчитать и подобрать нормализованный  вариант конструкции кожухотрубчатого кон-денсатора, для конденсации паров легколетучего компонента в количестве =1,153кг/с. Температура конденсации t₁=77,6 ⁰C, удельная теплота конденсации r = 365200 Дж/кг.

Тепло конденсации отводится водой, с начальной температурой t_2н=25 ⁰С. Примем температуру воды на выходе из конденсатора t_2к=33 ⁰С. Потери тепла примем 5%.

 

Тепловая нагрузка аппарата:

                                                      (4.1)

Расход воды находим из уравнения теплового баланса:

                                                 (4.2)

Средняя разность температур:

    

Рисунок 7 – Зависимость изменение температуры теплоносителей от поверхности теплообмена.

В соответствии K_ор=650 Вт/(м²∙К), примем ориентировочное значение поверхности:

                                                          (4.3)

Задаваясь Числом Рейнольдса Re=15000. Определим соотношение для конденсатора из труб диаметром d_н=25х2 мм:

                                                      (4.4)

где n – общее число труб;

       z – число ходов по трубному пространству;

       d – внутренний  диаметр труб, м.

        

 

Выбираем кожухотрубчатый конденсатор по ГОСТ 15119-79 и ГОСТ 15121-79, со следующими конструктивными особенностями [1.табл. 2.9 с. 57]:

Поверхность теплообмена      S=40 м².

Длина труб                                  L=2,0 м.

Общее число труб                     n=257 шт.

Число ходов                                        z=1

Диаметр труб                          d=25x2 мм.

Диаметр кожуха                      D=600 мм.

Запас площади составляет:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

        5 Подбор кипятильника

Подобрать нормалилизованный вариант конструкции кожухотрубчатого испарителя ректи-фикационной колонны, с получением G_W= паров водного раствора органической жидкости, кипящая при температуре t₂=107,8 ⁰C, удельная теплота конденсации равна r₂=363000 Дж/кг

         В качестве  теплоносителя используется насыщенный  водяной пар давлением 0,3 МПа. Удельная теплота конденсации r₁=2171000 Дж/кг, температура конденсации t₁=133⁰С.

 

Расход греющего пара определим  из уравнения теплового баланса:

                                                                (7.98)

Средняя разность температур:

Рисунок 8 – Зависимость изменение температуры теплоносителей от поверхности теплообмена.

     

 Примем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи K_ор=400 Вт/(м²∙К). Тогда ориентировочное значение требуемой поверхности составит:

                                                          (7.100)

Выбираем испаритель по ГОСТ 15119-79 и ГОСТ 15121-79, [1.табл. 2.9 с. 57].

Поверхность теплообмена      S=61,0 м².

Длина труб                                 L=3,0 м.

Общее число труб                    n=257 шт.

Число ходов                                        z=1

Диаметр труб                          d=25x2 мм.

Диаметр кожуха                      D=600 мм.

         Запас площади составляет:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 Подбор холодильника

6.1 Подбор холодильника дистиллята

Рассчитать и подобрать нормализованный  вариант конструкции кожухотрубчатого кон-денсатора, для охлаждения дистиллята  =1,153кг/с. Температура дистиллята t₁=77,6 ⁰C.

Тепло конденсации отводится водой, с начальной температурой t_2н=25 ⁰С. Примем температуру воды на выходе из холодильника t_2к=33 ⁰С

 

Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей  воде в водяном холодильнике дистиллята:

 

Расход охлаждающей воды:

                                                               

Рисунок 9 – Зависимость изменение температуры теплоносителей от поверхности теплообмена.

 

Средняя разность температур:

    

K_ор=250 Вт/(м²∙К), примем ориентировочное значение поверхности

 

Выбираем кожухотрубчатый конденсатор  по ГОСТ 15118-79 и ГОСТ 15120-79, со следующими конструктивными особенностями [1.табл. 2.3 с. 51]:

Поверхность теплообмена      S=25 м².

Длина труб                                   L=4,0 м.

Общее число труб                     n=100 шт.

Число ходов                                        z=1

Диаметр труб                          d=20x2 мм.

Диаметр кожуха                      D=325 мм.

Запас площади составляет:

6.2 Подбор холодильника кубового остатка

Рассчитать и подобрать нормализованный  вариант конструкции кожухотрубчатого кон-денсатора, для охлаждения дистиллята  =2,177 кг/с.Температура дистиллята t₁=107,8 ⁰C.

Тепло конденсации отводится водой, с начальной температурой t_2н=25 ⁰С. Примем температуру воды на выходе из холодильника t_2к=33 ⁰С

Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей  воде в водяном холодильнике кубового остатка:

 

Расход охлаждающей воды:

                                                               

Рисунок 10 – Зависимость изменение  температуры теплоносителей от поверхности  теплообмена

Средняя разность температур:           

K_ор=250 Вт/(м²∙К), примем ориентировочное значение поверхности

Выбираем кожухотрубчатый конденсатор  по ГОСТ 15118-79 и ГОСТ 15120-79, со следующими конструктивными особенностями [1.табл. 2.3 с. 51]:

Поверхность теплообмена      S=47 м².

Длина труб                                   L=2,0 м.

Общее число труб                     n=370 шт.

Число ходов                                        z=2

Диаметр труб                          d=20x2 мм.

Диаметр кожуха                      D=400 мм.

Запас площади составляет:     

7 Механический расчет.

 

7.1Расчет толщины обечаек

 

Исполнительную толщину гладкой  тонкостенной цилиндрической обечайки, нагруженной избыточным внутренним давлением [1]:

                                            (7.1)

Где D = 1600 мм – диаметр колонны; φ = 0,9 – коэффициент прочности сварных швов; p - избыточное внутреннее давление, принимаем p =0,3 Мпа. Для аппаратов,в которых циркулирует пар и дистиллят применяем углеродистую сталь с допускаемым напряжением  при температуре до 150 ⁰С [σ] = 130 МПа

C =1мм – прибавка к расчетной толщине

 

 м                                    (7.2)

S = 3 мм

Принимаем S_К = 5 мм

 

7.2 Расчет толщины днища и крышки

При расчете эллиптической крышки и днища колоны используется формула:

 

Радиус кривизны в вершине днища  , для стандартных крышек R = D,

При Н = 0,25D      

          φ = 1

S = 2.9 мм

Толщина крышки и днища принимается  не меньше толщины стенки колоны

Принимаем S_K = S_C = 5 мм

 

 

 

 

 

 

 

8. Подбор насоса и трубопроводов

 

8.1 Подбор насоса

Подобрать насос для перекачивания  исходной смеси из ёмкости в аппарат, работающий под избыточным давлением 0,1 МПа. Расход жидкости

Внутренний диаметр трубопровода:

                                                                (8.1)

Q – расход жидкости, м³/с

-  скорость движения жидкости, м/с

Принимаем 

 

Выбираем стальную трубу диаметром 70 мм. Внутренний диаметр d = 0,063 мм.

Толщина стенки = 3,5 мм

Фактическая скорость жидкости в трубе:

                                                     (8.2)

Определение потерь на трение и местные  сопротивления:

                                                                 (8.3)

Режим движения – турбулентный. Абсолютная шероховатость 

Тогда:

Далее:

         

Таким образом, в трубопроводе имеет  место турбулентное смешение

Определим сумму коэффициентов  местных сопротивлений:

- Отводы под углом 120⁰ : A = 1.17, B  = 0.09; ξ₁ =0.105

- Отводы под углом 90⁰ :  ξ₂ = 0.09

- Нормальные вентили : для d = 0.080 м ξ₃ = 4,0мм

-Выход из трубы ξ₄ = 1

Сумма коэффициентов местных  сопротивлений 

Общие потери напора: