Файл: Курсовая работа проект ректификационной установки пояснительная записка.docx

где  – коэффициент теплопроводности конденсата Вт/(м·К); H – высота кипятильных труб, м;  – плотность конденсата, кг/м³; r – удельная теплота конденсации греющего пара, Дж/кг;  – динамический коэффициент вязкости конденсата, Па·с.

Все свойства конденсата принимаем при температуре конденсации водяного пара 140 ºС по таблице ХХХIХ [2, с.537], тогда по формуле (56):
=2,5·10⁵·q^-0,33.
Коэффициент теплоотдачи для кипящего бензола α_Т, Вт/м²·К, находим по формуле:

(65)

где q – удельная тепловая нагрузка, Вт/м²; b – коэффициент, определяемый по формуле:
0,09.
Химико-физические свойства бензола взяты при температуре кипения кубового остатка 76,6 ºС. Тогда по формуле (65) получим:
=5,5·q^2/3.

При подстановке всех значений в формулу (62) получим:

Удельная тепловая нагрузка q, Вт/м², составит:


Откуда

.

(66)

Уравнение (66) решаем графически, задаваясь значениями q (рисунок 3), у – левая часть уравнения:

при q = 70000 Вт/м у = 2,43;

при q = 40000 Вт/м у = -16,26;

при у = 0 находим q = 67300 Вт/м².



Рисунок 2 – Графическое определение удельного расхода тепла.
Выражаем коэффициент теплопередачи из формулы (62):

---

Площадь поверхности теплообмена составит:

Выбор теплообменника в данном случае осуществляем по таблице 4.12 [2, с.215]. Принимаем к установке одноходовой теплообменник со следующими характеристиками: поверхность теплообмена F= 26 м²; диаметр кожуха D= 400 мм; диаметр труб 25×2 мм; длина труб l= 3,0 м; число труб n= 111. Запас поверхности теплообмена 22 %.

---

3.1.2 Расчет дефлегматора
В дефлегматоре конденсируется метанол с небольшим количеством воды. Температура конденсации паров дистиллята t_D= 54,8°С.

Температуру воды на входе в теплообменник принимаем 18 °С, на выходе – 38 °С.

Составляем температурную схему процесса и определяем движущую силу процесса теплопередачи:

54,8  54,8

38  18
Средняя разность температур равна:
= 26,4 .
По таблице 4.8 [2, с.172] коэффициент теплопередачи от конденсирующегося пара органических веществ к воде находится в пределах от 300 до 800 Вт/(м²·К). Принимаем наименьший коэффициент теплопередачи К=300 Вт/(м²·К).

Количество тепла, отнимаемого охлаждающей водой от конденсирующегося в дефлегматоре пара, рассчитанное по формуле (52) составляет Q_D=13,9·10⁵ Вт.

Поверхность дефлегматора находим из основного уравнения теплопередачи


Выбор теплообменника в данном случае осуществляем по таблице 4.12 [2, с.215]. Принимаем к установке двухходовой теплообменник со следующими характеристиками: поверхность теплообмена F= 208 м²; диаметр кожуха D= 800 мм; диаметр труб 25×2 мм; длина труб l= 6,0 м; число труб n= 442. Запас поверхности теплообмена 19 %.

3.1.3. Расчет холодильника для дистиллята
В холодильнике происходит охлаждение дистиллята от температуры конденсации t_D = 54,8 °С до 30 °С. Температуру воды на входе в теплообменник принимаем 18 °С, на выходе – 38 °С.

Составляем температурную схему процесса и определяем движущую силу процесса теплопередачи:

54,8  30

38  18
Средняя разность температур равна:

=

Количество тепла, отнимаемого охлаждающей водой от дистиллята в дефлегматоре:

Q_хол = G_Bc_B

---

= 0,503 · 4190 · 20 = 42151,4 Вт.
Принимаем наименьший коэффициент теплопередачи К=800 Вт/(м²·К). Поверхность теплообмена холодильника дистиллята составит:

В данном случае теплообменник выбираем по таблице 4.12 [2, с.215]. Принимаем к установке одноходовой теплообменник со следующими характеристиками: поверхность теплообмена F= 4,5 м²; диаметр кожуха D= 273 мм; диаметр труб 25×2 мм; длина труб l= 1,5 м; число труб n= 37. Запас поверхности теплообмена 19,7%.
3.1.4 Расчет холодильника для кубового остатка
В холодильнике кубового остатка происходит охлаждение кубовой жидкости от температуры кипения t_W= 76,6 °С до 30 °С.

Температуру воды на входе в теплообменник принимаем 18 °С, на выходе – 38 °С. Составляем температурную схему процесса и определяем движущую силу процесса теплопередачи:

76,6  30

38  18

Средняя разность температур равна:

= 22,8 °С.

Количество тепла, отнимаемого охлаждающей водой от кубовой жидкости:

Q_хол= G_B"'c_B =4,53·4190·20=379614 Вт.
Принимаем наименьший коэффициент теплопередачи К=800 Вт/(м²·К). Поверхность теплообмена холодильника кубовой жидкости составит:





Выбор теплообменника в данном случае осуществляем по таблице 4.12 [2, с.215]. Принимаем к установке двухходовой теплообменник со следующими характеристиками: поверхность теплообмена F= 24 м²; диаметр кожуха D= 400 мм; диаметр труб 25×2 мм; длина труб l= 3 м; число труб n= 100. Запас поверхности теплообмена 15,4 %.

3.1.5 Расчет подогревателя исходной смеси
В подогревателе исходной смеси происходит подогрев исходной смеси от t_н = 20 °С до температуры кипения на питающей тарелке t_F= 71,8 °С.

Для подогрева используем греющий пар c температурой конденсации – 119,6 °С. Составляем температурную схему процесса и определяем движущую силу процесса теплопередачи:

---

119,6  119,6

71,8  20

Средняя разность температур равна:

= 70,4 °С.

Количество тепла, передаваемого исходной смеси от греющего пара:

Q_F= G_F c_F (t_F − t_н) =3,9·2000,65·(71,8-20)=404171,3 Вт.
По таблице 4.8 [2, с.172] коэффициент теплопередачи от конденсирующегося пара к органическим жидкостям (подогреватели) находится в пределах от 120 до 340 Вт/(м²·К). Принимаем наименьший коэффициент теплопередачи К=120 Вт/(м²·К).
Поверхность теплообмена подогревателя исходной смеси составит:

Выбор теплообменника в данном случае осуществляем по таблице 4.12 [2, с.215]. Принимаем к установке двухходовой теплообменник со следующими характеристиками: поверхность теплообмена F= 61 м²; диаметр кожуха D= 600 мм; диаметр труб 25×2 мм; длина труб= 3,0 м; число труб n= 257. Запас поверхности теплообмена 27,6 %.


3.2 Расчет трубопровода
Внутренний диаметр трубопровода d, м, для жидких и паровых фаз определяется из уравнения объемного расхода по формуле:

(67)

где V – объёмный расход потока, м/с; ω – скорость движения потока, м/с. Объемные расходы материальных потоков определяются как:

(68)

где G – массовый расход потока, кг/с; ρ – плотность потока при соответствующей температуре, кг/м³.

Расчет внутренних диаметров трубопровода проводится для: d₁ – для отвода пара из колонны в дефлегматор, d₂ – для подачи острого пара в колонну, d₃ – для подачи исходной смеси, d₄ – для подачи флегмы, d₅

---