Файл: Расчёт ректификационной установки.docx

Определяем действительную температуру:

5.3.2 Второй подогреватель исходной смеси

В втором подогревателе исходной смеси в качестве греющего теплоносителя используются водяной пар. Исходная смесь поступает с температурой t''_см = 34 °С, а нагреть необходимо до t_f = 108,5 °С.

Температуру пара примем:



Определим среднюю разность температур между конденсирующимся паром и смесью.



.



Рисунок 5.7 – К определению температурного напора 2 подогревателя - конденсатора
Температурный напор определяем, как среднюю логарифмическую разность температур:



.

Средняя температура смеси:



Тепловой поток, отданный исходной смеси во втором подогревателе:







Расход греющего пара:

	(5.25)
где rп - скрытая теплота фазового перехода пара при 130 °С, кДж/(кг·К)

Примем предварительно конденсатор с диаметром труб 25x2 и площадью сечения по трубам 0,011 м².

Определим коэффициент теплоотдачи от внутренней стенки трубы к смеси при средней температуре смеси и массовой концентрации:

---

Критерий Рейнольдса при движении внутри гладких труб:







При 2300






Удельный тепловой поток определяется по формуле:



Коэффициент теплоотдачи при конденсации паров:



Для вертикальных поверхностей A = 1,15; H = l – высота поверхности. Физические свойства выбираем для воды при температуре пара 130 °С.



Удельный тепловой поток определяется по формуле:



Для определения q_иск построим графики (рисунок 5.8).



Рисунок 5.8 – К определению площади поверхности теплообмена 2 подогревателя

Из графика получим q_иск = 4 кВт/м².

Определяем площадь поверхности теплообмена:



По [2] выбираем кожухотрубчатый конденсатор 600 КНВ ‒ 1 ‒ M1 ‒ Б/25 ‒ 3 ‒ 6. Конденсатор типа Н, вертикальный (В), кожухом диаметром 600 мм, на условное давление в кожухе 1 МПа, исполнение по материалу – М1, исполнение по температурному пределу – Б, с гладкими теплообменными трубами диаметром 25 мм и длиной 3 м, шестиходовой по трубному пространству. Площадь поверхности теплообмена 46 м². Общее число труб 196 шт.

5.3.3 Холодильник готового продукта

В холодильнике необходимо охладить дистиллят до температуры, установленной из условий потребления или хранения. Примем:

t''_d = 30 ^оС,

Параметры охлаждающей воды известны из расчёта конденсатора:

= 24,1 ^оС,

---

Тепловой поток, отдаваемый готовым продуктом:



где ‒ расход готового продукта,

‒ температуры готового продукта на входе и выходе из теплообменника, ;

‒ теплоемкость готового продукта при средней температуре.

Средняя температура готового продукта:



Теплоемкость готового продукта:





Средний логарифмический температурный напор в первом подогревателе:







Движение теплоносителей в холодильнике принимаем противоточным. Определение температурного напора приведено на рисунке 5.9.


t''_d = 101,5 °C

t'_в = 24,1°C

t''_в = 29,1°C

t''_d = 30°C


Рисунок 5.9 – Определение температурного напора первого подогревателя
Расход воды на холодильник:



Определяем R – отношение массовых теплоёмкостей:





Определяем параметр P – коэффициент тепловой эффективности теплообменник:



где ‒ максимальная разность температур в теплообменнике;

---

‒ величина охлаждения;





Находим по рисунку 4.35 [1]. По и R=0,07 находим ЧЕП= 2,5.

Зададимся коэффициентом теплопередачи k = 240 Вт/(м² К).



Поверхность теплообмена:



Предварительно выбираем по таблице 4.3 [1]: с поверхностью теплообмена 8,5 м2. Диаметр труб 20х2, длина 1,5 м, общее число труб 90 шт, диаметр кожуха 325 мм, число ход 2, площадь сечения одного хода по трубам 0,009 м2; площадь сечения между перегородками 0,016 м2.

Направляем готовый продукт в трубы, а воду в межтрубное пространство.

Проведём проверку коэффициента теплопередачи.

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи от готового продукта к внутренней поверхности стенки. Свойства берём при средней температуре дистиллята и массовой концентрации:



Критерий Рейнольдса при движении готового продукта внутри гладких труб:







При Re<2300 режим ламинарный.

Определим критерий Рэлея:



Примем коэффициент теплоотдачи:



Температура стенки:





Режим вязостно-гравитационный:



В первом приближении пренебрежём изменением критерия Прандтля у стенки:



Примем коэффициент теплоотдачи:





Рассчитаем коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности стенки труб к воде при движении в межтрубном пространстве с сегментными перегородками. Свойства берём при средней температуре воды:

---

Критерий Рейнольдса:





Критерий Нуссельта:



Температуру внешней стенки примем в первом приближении:









Коэффициенты загрязнений примем по таблице 4.2 [1]:



Коэффициент теплопередачи:





Уточняем площадь:



Рассчитаем количество труб которые необходимо заглуить:



Выбранный теплообменник подходит при заглушке n = 14 труб.

Заключение

В данном курсовом проекте был проведен расчет ректификационной колонны с колпачковыми тарелками для разделения бинарной смеси вода ‒ уксусная кислота, исходя их следующих данных:

1. Расход исходной смеси G_f = 0,7 кг/с;

2. Концентрация НКК в исходной смеси X_f = 40 %;

3. Концентрация НКК в дистилляте X_p = 85%;

4. Концентрация НКК в кубовом остатке X_w = 5%;

5. Тип колонны колпачковая;

6. Тип кипятильника кожухотрубчатый.

При выполнении курсового проекта по ректификации были построены диаграммы фазового равновесия t=f(x,y), y=f(x), h^/=f(x,y), h^//=f(x,y).

Определено теоретическое число тарелок по методу Мак‒Кэба Тиле и методом Меркеля.

По методу Мак‒Кэба Тиле: 6 тарелок в укрепляющей части колонны, 8 тарелок в исчерпывающей части колонны.

По методу Поншона‒ Меркеля (1 способ): 6 тарелок в укрепляющей части колонны, 7 тарелок в исчерпывающей части колонны.

По методу Поншона‒ Меркеля (2 способ): 6 тарелки в укрепляющей части колонны, 6 тарелок в исчерпывающей части колонны.

---