Файл: Расчёт ректификационной установки непрерывного действия для разделения бинарной смеси метанолацетон производительностью 7 тоннчас.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.01.2024
Просмотров: 148
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
i*xi/P)-1 = 0 ,где Poi - давление паров над чистым компонентом, P- внешнеедавление ,равное 760 мм.рт.ст.
Давление паров над чистым компонентом найдём с помощью уравнения Антуана lgPo = A-B/(C+T)
T = 63.635 oC
В качестве обогрева используем насыщенный водяной пар при давлении 1,2 ат., t = 104.2 oC , плотность 0,6865 кг/м3 , энтальпия пара 2686*103 Дж/кг ,теплота парообразования 2249*103 Дж/кг .
Δtб = 104,2-20 = 84,2 oC
Δtм = 104,2-63,635 = 40,565 oC
Δt cp = (84,2-40,565)/ln(84.2/40.565) = 59.75 oC
теплоёмкость исходной смеси : 0.121*125/58,08*10-3 + 81.6*(1-0.121)/32,04*10-3 = 2499,068 Дж/(кг*К)
При средней температуре (66+25)/2=45,5°С исходная смесь имеет следующие характеристики:
ρ2–плотность смеси 750 : кг/м3
μ 2–вязкость смеси: 0,36610-3 Па·с
λ2–коэффициент теплопроводности смеси: 0,198 Вт/(м·К)
с2–теплоемкость смеси: 2499 Дж/(кг·К)
Для нагревания потока питания будем использовать насыщенный водяной пар имеющий следующие характеристики:
t1–температура конденсации: 104,2°С
1–плотность конденсата: 958 кг/м3
1–вязкость конденсата: 0,25810-3 Па·с
1–коэффициент теплопроводности конденсата: 0,675 Вт/(м·К)
r1–удельная теплота конденсации: 2249 кДж/кг
c1–теплоемкость конденсата: 4,23 кДж/кг
P–давление 1,2 ат.
тепловая нагрузка подогревателя : 1.944*2499.068*(63.635-20) = 211987.0418 Дж/с
Расход греющего пара : G1 = 211987.0418 / 2249*103 = 0,09426 кг/с = 0,13 м3/с
Примем Кориент = 200 Вт/(м·К) , тогда ориентировочная поверхность теплообмена составит 17.73м2 .
Проведём уточнённый расчет пластинчатого теплообменника на ЭВМ со следующими характеристиками :
поверхность одной пластины : 0.5 м2
поверхность теплообмена : 31,5 м2
число пластин : 64
эквивалентный диаметр канала : 0,0083 м
поперечное сечение канала (S): 0,00245 м2
диаметр условного прохода штуцеров : 200 мм
толщина пластин : 1 мм
приведённая длина канала : 1.01 м .
Re2 =264,617 .
α2 = 285,458 Вт/(м2*К)
Re1 = 140.762
α1 = 1705,044 Вт/(м2*К)
Σδ/λ = 1*10-3/16,4+1/5800 = 0,000233389 (м2*К)/Вт
К = 231,319 Вт/(м2*К)
F = 20,141 м2
Запас поверхности : 56,39 %
7. 2 Тепловой расчёт кипятильника
Состав кубового остатка : 0.003 мол. % ацетона .
Используя уравнение Антуана определяем , что смесь данного состава кипит при 64,5 о С
При расчете кипятильника следует учесть повышение температуры кипения кубовой жидкости обусловленное гидравлическим сопротивлением тарелок колонны.
Физико-химические характеристики кубовой жидкости при 69,11 о С
2–плотность жидкости: 750кг/ м3
2–вязкость жидкости: 0,357*10-3Па*с
r2–теплота парообразования: 171,558 кДж/кг
2–коэффициент теплопроводности жидкости: 0,197 Вт/(м·К)
2–поверхностное натяжение: 16,8810-3 Н/м
c2–теплоемкость жидкости: 2,724 кДж/(кг·К)
2–плотность паров: 1,266 кг/м3
Для определения тепловой нагрузки кипятильника рассчитывается тепловой баланс ректификационной колонны:
Для обогрева кипятильника будем использовать насыщенный водяной пар, имеющий следующие физико-химические характеристики:
t1–температура конденсации: 104,2°С
1–плотность конденсата: 958 кг/м3
1–вязкость конденсата: 0,25810-3 Па·с
1–коэффициент теплопроводности конденсата: 0,675 Вт/(м·К)
r1–удельная теплота конденсации: 2249 кДж/кг
c1–теплоемкость конденсата: 4,23 кДж/кг
P–давление 1,2 ат.
Для определения тепловой нагрузки кипятильника рассчитывается тепловой баланс ректификационной колонны:
Qк =(P*(R+1)*rp + P*hp + Whw - F*hf )/(1-φ)
Q = 6674 кВт
Расход пара : G = 6674000/2249000 = 2.968 кг / с
Средняя разность температур : 104.2-69.11 = 35.09 °С
Примем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи К=1600Вт/(м·К), тогда значение поверхности теплообмена составит: F = 6674000/(1600*35,09)= 118,882 м2
Площадь поверхности, близкую к ориентировочной, имеет стандартный аппарат с параметрами: D=800 мм, d=20x2мм, z=4, n=638 ,H =3 м и F=120 м².
q ориент. = 69590 Вт/м2
А = 1,21*1*(ρ1*r1*g/μ1*H) 1/3 = 1.21*0.675*(958*2249000*9.81/(0.000258*3))1/3 = 242428,6396
B = 780*λ21.3ρ20,5*ρп0,06/(σ20,5*r206*ρп00,66*c20,3*μ20,3) = 780*0.1971.3*7500.5*1.2660.06/(0.016880.5*1715580.6*1.2660.66 *27240.3*0.0003570.3) = 30.897
Σδ/λ = 0,000294365 м2*К/Вт
f(q) = 0,0017
α1 = А*q-1/3 = 5893,885 Вт/(м2*К)
α2 = B*q0.6 = 24856,508 Вт/(м2*К)
K = 1983.0.9 Вт/(м2*К)
F = 95.912 м2
запас поверхности : 25.115 %
Проверочный расчёт испарителя на ЭВМ дал слудующие результаты :
α1 =6116.43 Вт/(м2*К)
α2 = 9481.64 Вт/(м2*К)
K = 1775.17 Вт/(м2*К)
F = 107.14 м2
запас поверхности : 10.72 %
7. 3 Тепловой расчет дефлегматора .
Ткип 1 = 58,955 о С
Физико – химические свойства для конденсата (1) :
Вт/(м К);
кг/м3;
Па с;
r
Дж /кг.
Физико – химические свойства для воды (2) :
Вт/(м К);
кг/м3;
Па с;
Дж /кг;
Pr
.
Средняя разность температур : 28.955 о С
Тепловая нагрузка дефлегматора : Q = P(R+1)*r1 = 1778571,287 Вт
Расход воды:
кг/с.
G1 = P(R+1) = 2.685 кг/с
Kop = 600 Вт/(м2*К)
Fop = 102.376 м2
n/z op для труб 25*2 : 102
Проверочный расчёт для кожухотрубчатого конденсатора с диаметром кожуха 800 мм. ,числом ходов 6 , числом труб 384 , поверхностью теплообмена 121 м2 , длиной труб 4 м. , площадью сечения одного хода по трубам 0,022 м2 .
Re2 =4*G2*z/(πdnμ) = 23948,005
α2 = λ2/d*0.023**Re20.8*Pr20.4 = 4335,844591 Вт/(м2*К)
α1 = 2.02*ε* λ1
*(ρ2*L*n/(μG1))0.5 = 1267,369377 Вт/(м2*К)
Σδ/λ = 0,000745793 (м2*К)/Вт
K = 566,4233162 Вт/(м2*К)
F = 108,4442639 м2
запас поверхности : 11.58%
Проверочный расчёт испарителя на ЭВМ дал слудующие результаты :
α1 =4520.40 Вт/(м2*К)
α2 = 2516.33 Вт/(м2*К)
K = 732.91 Вт/(м2*К)
F = 83.80 м2
Re2 = 23926.9
запас поверхности : 30.74 %
7. 4 Тепловой расчёт холодильника дистиллата
Физико – химические свойства для дистиллата (1) :
Вт/(м К);
кг/м3;
Па с;
P = 0,348 кг/с
с1 = 2,720 кДж/кг
T1н = 64.5 о С
T2н = 30 о С
Физико – химические свойства для воды (2) :
Вт/(м К);
кг/м3;
Па с;
Дж /кг;
Pr
.
T2н = 15 о С
T2к = 25 о С
Q = 2720*0,348*(59,955-30) = 27461,408 Вт
∆tср = (33,955-15)/ln(33.955/15) = 23,201 о С
Kориент = 100 Вт/(м2*К)
Fориент = 27461,408/(23,201*100) = 11,83623519
Расход воды : 0,6571 кг/с
Параметры пластинчатого теплообменника :
Давление паров над чистым компонентом найдём с помощью уравнения Антуана lgPo = A-B/(C+T)
| | A | B | C |
| метанол | 8,08097 | 1582,71 | 239,726 |
| ацетон | 7,11714 | 1210,596 | 229,664 |
T = 63.635 oC
В качестве обогрева используем насыщенный водяной пар при давлении 1,2 ат., t = 104.2 oC , плотность 0,6865 кг/м3 , энтальпия пара 2686*103 Дж/кг ,теплота парообразования 2249*103 Дж/кг .
Δtб = 104,2-20 = 84,2 oC
Δtм = 104,2-63,635 = 40,565 oC
Δt cp = (84,2-40,565)/ln(84.2/40.565) = 59.75 oC
теплоёмкость исходной смеси : 0.121*125/58,08*10-3 + 81.6*(1-0.121)/32,04*10-3 = 2499,068 Дж/(кг*К)
При средней температуре (66+25)/2=45,5°С исходная смесь имеет следующие характеристики:
ρ2–плотность смеси 750 : кг/м3
μ 2–вязкость смеси: 0,36610-3 Па·с
λ2–коэффициент теплопроводности смеси: 0,198 Вт/(м·К)
с2–теплоемкость смеси: 2499 Дж/(кг·К)
Для нагревания потока питания будем использовать насыщенный водяной пар имеющий следующие характеристики:
t1–температура конденсации: 104,2°С
1–плотность конденсата: 958 кг/м3
1–вязкость конденсата: 0,25810-3 Па·с
1–коэффициент теплопроводности конденсата: 0,675 Вт/(м·К)
r1–удельная теплота конденсации: 2249 кДж/кг
c1–теплоемкость конденсата: 4,23 кДж/кг
P–давление 1,2 ат.
тепловая нагрузка подогревателя : 1.944*2499.068*(63.635-20) = 211987.0418 Дж/с
Расход греющего пара : G1 = 211987.0418 / 2249*103 = 0,09426 кг/с = 0,13 м3/с
Примем Кориент = 200 Вт/(м·К) , тогда ориентировочная поверхность теплообмена составит 17.73м2 .
Проведём уточнённый расчет пластинчатого теплообменника на ЭВМ со следующими характеристиками :
поверхность одной пластины : 0.5 м2
поверхность теплообмена : 31,5 м2
число пластин : 64
эквивалентный диаметр канала : 0,0083 м
поперечное сечение канала (S): 0,00245 м2
диаметр условного прохода штуцеров : 200 мм
толщина пластин : 1 мм
приведённая длина канала : 1.01 м .
Re2 =264,617 .
α2 = 285,458 Вт/(м2*К)
Re1 = 140.762
α1 = 1705,044 Вт/(м2*К)
Σδ/λ = 1*10-3/16,4+1/5800 = 0,000233389 (м2*К)/Вт
К = 231,319 Вт/(м2*К)
F = 20,141 м2
Запас поверхности : 56,39 %
7. 2 Тепловой расчёт кипятильника
Состав кубового остатка : 0.003 мол. % ацетона .
Используя уравнение Антуана определяем , что смесь данного состава кипит при 64,5 о С
При расчете кипятильника следует учесть повышение температуры кипения кубовой жидкости обусловленное гидравлическим сопротивлением тарелок колонны.
Физико-химические характеристики кубовой жидкости при 69,11 о С
2–плотность жидкости: 750кг/ м3
2–вязкость жидкости: 0,357*10-3Па*с
r2–теплота парообразования: 171,558 кДж/кг
2–коэффициент теплопроводности жидкости: 0,197 Вт/(м·К)
2–поверхностное натяжение: 16,8810-3 Н/м
c2–теплоемкость жидкости: 2,724 кДж/(кг·К)
2–плотность паров: 1,266 кг/м3
Для определения тепловой нагрузки кипятильника рассчитывается тепловой баланс ректификационной колонны:
Для обогрева кипятильника будем использовать насыщенный водяной пар, имеющий следующие физико-химические характеристики:
t1–температура конденсации: 104,2°С
1–плотность конденсата: 958 кг/м3
1–вязкость конденсата: 0,25810-3 Па·с
1–коэффициент теплопроводности конденсата: 0,675 Вт/(м·К)
r1–удельная теплота конденсации: 2249 кДж/кг
c1–теплоемкость конденсата: 4,23 кДж/кг
P–давление 1,2 ат.
Для определения тепловой нагрузки кипятильника рассчитывается тепловой баланс ректификационной колонны:
Qк =(P*(R+1)*rp + P*hp + Whw - F*hf )/(1-φ)
| | кДж/кг |
| hf | 159.023 |
| hw | 188.257 |
| hp | 159,490 |
| rp | 836.794 |
Q = 6674 кВт
Расход пара : G = 6674000/2249000 = 2.968 кг / с
Средняя разность температур : 104.2-69.11 = 35.09 °С
Примем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи К=1600Вт/(м·К), тогда значение поверхности теплообмена составит: F = 6674000/(1600*35,09)= 118,882 м2
Площадь поверхности, близкую к ориентировочной, имеет стандартный аппарат с параметрами: D=800 мм, d=20x2мм, z=4, n=638 ,H =3 м и F=120 м².
q ориент. = 69590 Вт/м2
А = 1,21*1*(ρ1*r1*g/μ1*H) 1/3 = 1.21*0.675*(958*2249000*9.81/(0.000258*3))1/3 = 242428,6396
B = 780*λ21.3ρ20,5*ρп0,06/(σ20,5*r206*ρп00,66*c20,3*μ20,3) = 780*0.1971.3*7500.5*1.2660.06/(0.016880.5*1715580.6*1.2660.66 *27240.3*0.0003570.3) = 30.897
Σδ/λ = 0,000294365 м2*К/Вт
f(q) = 0,0017
α1 = А*q-1/3 = 5893,885 Вт/(м2*К)
α2 = B*q0.6 = 24856,508 Вт/(м2*К)
K = 1983.0.9 Вт/(м2*К)
F = 95.912 м2
запас поверхности : 25.115 %
Проверочный расчёт испарителя на ЭВМ дал слудующие результаты :
α1 =6116.43 Вт/(м2*К)
α2 = 9481.64 Вт/(м2*К)
K = 1775.17 Вт/(м2*К)
F = 107.14 м2
запас поверхности : 10.72 %
7. 3 Тепловой расчет дефлегматора .
Ткип 1 = 58,955 о С
Физико – химические свойства для конденсата (1) :
Вт/(м К); кг/м3; Па с;r
Дж /кг.Физико – химические свойства для воды (2) :
Вт/(м К); кг/м3; Па с; Дж /кг;Pr
.Средняя разность температур : 28.955 о С
Тепловая нагрузка дефлегматора : Q = P(R+1)*r1 = 1778571,287 Вт
Расход воды:
кг/с.G1 = P(R+1) = 2.685 кг/с
Kop = 600 Вт/(м2*К)
Fop = 102.376 м2
n/z op для труб 25*2 : 102
Проверочный расчёт для кожухотрубчатого конденсатора с диаметром кожуха 800 мм. ,числом ходов 6 , числом труб 384 , поверхностью теплообмена 121 м2 , длиной труб 4 м. , площадью сечения одного хода по трубам 0,022 м2 .
Re2 =4*G2*z/(πdnμ) = 23948,005
α2 = λ2/d*0.023**Re20.8*Pr20.4 = 4335,844591 Вт/(м2*К)
α1 = 2.02*ε* λ1
*(ρ2*L*n/(μG1))0.5 = 1267,369377 Вт/(м2*К)
Σδ/λ = 0,000745793 (м2*К)/Вт
K = 566,4233162 Вт/(м2*К)
F = 108,4442639 м2
запас поверхности : 11.58%
Проверочный расчёт испарителя на ЭВМ дал слудующие результаты :
α1 =4520.40 Вт/(м2*К)
α2 = 2516.33 Вт/(м2*К)
K = 732.91 Вт/(м2*К)
F = 83.80 м2
Re2 = 23926.9
запас поверхности : 30.74 %
7. 4 Тепловой расчёт холодильника дистиллата
Физико – химические свойства для дистиллата (1) :
Вт/(м К); кг/м3; Па с;P = 0,348 кг/с
с1 = 2,720 кДж/кг
T1н = 64.5 о С
T2н = 30 о С
Физико – химические свойства для воды (2) :
Вт/(м К); кг/м3; Па с; Дж /кг;Pr
.T2н = 15 о С
T2к = 25 о С
Q = 2720*0,348*(59,955-30) = 27461,408 Вт
∆tср = (33,955-15)/ln(33.955/15) = 23,201 о С
Kориент = 100 Вт/(м2*К)
Fориент = 27461,408/(23,201*100) = 11,83623519
Расход воды : 0,6571 кг/с
Параметры пластинчатого теплообменника :
| Поверхность теплообмена F ,м2 | 16 |
| число пластин ,N | 56 |
| масса .M | 440 |
| поверхность одной пластины ,f | 0,3 |
| толщина,м | 0,001 |
| dэкв, мм | 8 |
| поперечное сечение канала, м2 | 0,0011 |
| число пакетов для хол. теплоносителя | 8 |
| число пакетов для гор. теплоносителя | 8 |
| число каналов в пакете | 68 |
| результаты расчёта на ЭВМ : | |
| Re1= | 135,391966 |
| α1 = | 157,227439 |
| Σδ/λ = | 0,0008 |
| Re2 = | 83,440873 |
| α2 = | 351,128642 |
| K = | 99,918346 |
| F = | 11,845976 |
| ∆F = | 35,066959% |