Материал: Ректификация курсовая

Тепловой расчет

5.1 Расход тепла в подогревателе исходной смеси

где

Начальную температуру исходной смеси принимаем равной средней температуре воздуха в летнее время в месте строительства установки.

При

Значение теплоемкостей ацетона и воды при данной температуре: С_а=2,22 , С­_b=4,17

5.2 Расход греющего пара в подогревателе исходной смеси

Значение удельной теплоты парообразования греющего пара [9].

5.3 Расчет количества отводимой теплоты в холодильнике дистиллята

где

При .

Значение теплоемкостей ацетона и воды при данной температуре: С_а=2,22 , С­_b=4,17 [8,9]

.

5.4 Расчет количества отводимой теплоты в холодильнике кубового остатка

где

При

Значение теплоемкостей ацетона и воды при данной температуре: С_а=2,31 , С­_b=4,18 [8,9]

5.5 Расчет количества отводимой теплоты в конденсаторе-дефлегматоре

Справочные данные при температуре t₂=57,2°С:

Значение удельных теплот парообразования ацетона и воды: r_a=500 , r_b=2362 [9,10]

5.6 Расчет подводимой теплоты в куб-испаритель

Найдем значения удельных теплоемкостей при заданной температуре

5.7 Расход греющего пара в кубе-испарителе

Значение удельной теплоты парообразования греющего пара [9].

Всего:

5.8 Расчет тепловой изоляции кубового испарителя

Толщина слоя тепловой изоляции рассчитывают по уравнению:

- изоляционный материал – шлаковая вата;

– допускаемая температура изоляционного слоя со стороны окружающей среды;

– температура изоляционного слоя со стороны аппарата.

– средняя температура воздуха в Москве в январе.

6. Аппаратурное оформление ректификационной установки

6.1 Расчет и подбор теплообменной аппаратуры.

6.1.1 Расчет и подбор подогревателя исходной смеси.

Начальную температуру исходной смеси принимаем равной средней температуре воздуха в летнее время в месте строительства установки.

Средняя разность температур:

Ориентировочный коэффициент теплопередачи от конденсирующегося пара к органическим жидкостям задается от 120 до 340 Примем равным .

Ориентировочная площадь поверхности теплообмена находится по формуле:

Параметры выбранного одноходового теплообменника: n_тр=100, d=20x2 мм, l=2 м, F=12,5 м², D=325 мм, S=0,02 м² [2, стр. 51, табл. 2.3].

6.1.2 Расчет конденсатора-дефлегматора.

Расход охлаждающей воды:

принимаем

Ориентировочное значение площади теплообмена:

, где – ориентировочный коэффициент теплопередачи.

Принимаем двухходовой теплообменник со следующими параметрами: n_тр=240, d=25x2 мм, l=2 м, F=38 м², D=600 мм, S=0,042 м² [2, стр. 51, табл. 2.3].

Проводим уточненный расчет значения площади поверхности теплопередачи.

Значения критерия Рейнольдса:

,

по таблице №4;

по таблице №4;

Значения критерия Нуссельта:

Находим коэффициент теплоотдачи: , где – коэффициент теплопроводности воды при

, где c=0,072, а при t₂=57,2:

Коэффициент теплопередачи: , где ε = 0,60.

Средние значения величин тепловой проводимости загрязнения стенок [1, стр. 514, табл. XXXI]:

Теплоноситель – вода среднего качества:

Теплоноситель – органический пар:

Термическое сопротивление стальной стенки и загрязнений:

Принимаем коэффициент запаса на грязи

Используя численные методы, вычисляем коэффициент теплопередачи по выражению: принимаем за исходное значение K=600.

Таблица вычисления коэффициент теплопередачи

Таблица №6

K=494

Требуемая площадь поверхности теплообмена:

Так как полученная площадь больше, чем площадь принятого двухходового теплообменника, а в расчетах фигурировал диаметр труб, то меняем площадь так, чтоб диаметр остался прежним.

Параметры нового теплообменника: n_тр=240, d=25x2 мм, l=3 м, F=57 м², D=600 мм, S=0,042 м²[2, стр. 51, табл. 2.3].

Запас площади теплообмена выбранного от рассчитанного составляет18,8%, оставляем выбранный теплообменник.

6.1.3 Расчет испарителя (кипятильника).

Поверхность теплообмена выпарного аппарата определяем по уравнению: . Примем К_ор=1200.

Получаем:

Параметры выбранного одноходового теплообменника: n_тр=61, d=20x2 мм, l=3 м, F=11,5 м², D=273 мм, S=0,01 м²[2, стр. 51, табл. 2.3].

[4, стр. 533]

Величина А рассчитывается для кубового остатка по формуле:

, где:

Величина В₀ рассчитывается по формуле:

Для ацетона:

Для воды:

Откуда:

Находим коэффициент теплопередачи по формуле:

Методом последовательной итерации находим К. Принимаем за исходное значение K=1200

Таблица вычисления коэффициент теплопередачи

Таблица №7

K=1758

Требуемая площадь поверхности теплообмена:

Параметры теплообменника: n_тр=61, d=20x2 мм, l=3 м, F=11,5 м², D=273 мм, S=0,012 м²[2, стр. 51, табл. 2.3].

Запас площади теплообмена выбранного от рассчитанного составляет 19,8%, оставляем выбранный теплообменник.

6.1.4 Расчет холодильника кубового остатка.

Средняя разность температур:

Ориентировочный коэффициент теплопередачи примем равным .

Ориентировочная площадь поверхности теплообмена находится по формуле:

Параметры теплообменника: n_тр=37, d=25x2 мм, l=2 м, F=6 м², D=273 мм, S=0,013 м²[2, стр. 51, табл. 2.3].

6.1.5 Расчет холодильника дистиллята.

Средняя разность температур:

Ориентировочный коэффициент теплопередачи примем равным .

Ориентировочная площадь поверхности теплообмена находится по формуле:

Параметры теплообменника: n_тр=37, d=25x2 мм, l=2 м, F=6 м², D=273 мм, S=0,013 м²[2, стр. 51, табл. 2.3].

6.2 Расчет центробежного насоса.

Для подачи исходной смеси в подогреватель используются центробежные насосы.

В напорных трубопроводах скорость жидкости ω равна 0,5-2,5 , поэтому примем равной ω=1,5 а объемный расход равен , тогда внутренний диаметр трубопровода равен: .

Выбираем стальную трубу (материал – углеродистая сталь с незначительной коррозией) наружным диаметром 48 мм, толщиной стенки 4 мм. Тогда фактическая скорость будет равна:

6.2.1 Расчет потерь на трение и местные сопротивления.

Определим режим течения жидкости: , где:

При 20°С r_а = 790,23 кг/м3

r_в = 998,2 кг/м3

При 20°С m_а = 2,96 мПа·с

m_в = 1,34 мПа·с

Среднее значение абсолютной шероховатости стенок труб Δ = 0,2*10^-3м (трубы стальные, бывшие в эксплуатации с незначительной коррозией). Тогда относительная шероховатость будет равна: В турбулентном потоке различают три зоны, для которых коэффициент трения рассчитывают по разным формулам. Для определения необходимой формулы находим значения следующих отношений: Очевидно, что в нашем случает имеет место неравенство , следовательно, в нашем трубопроводе имеется режим смешанного трения.

Сумма коэффициентов местных сопротивлений [2, стр. 504, табл. XIII]: