6. РАСЧЕТ И ПОДБОР ПОДОГРЕВАТЕЛЯ СЫРЬЯ, ДЕФЛЕГМАТОРА, КИПЯТИЛЬНИКА

6.1 Расчет и подбор кипятильника

Температура конденсации греющего пара под давлением 1,033 кг/см² - 100єС.

Температурная схема кипятильника:

Определяем среднюю разность температур:

t_ср = t₁ - t₂ =100-79,07=20,93єС, где

t ₁=100єС - температура конденсации водяного пара,

t ₂=79,07єС - температура низа колонны .

Для определения коэффициента теплоотдачи от пара, конденсирующегося на наружной поверхности труб высотой H, используют формулу (2.23):

где -коэффициент теплопроводности конденсата при температуре конденсации т.XXXIX[1].

- плотность конденсата при температуре конденсации

т. т.XXXIX[1].

- удельная теплота конденсации т.LVII[1].

- динамическая вязкость конденсата

Коэффициент теплоотдачи к кипящей в трубах жидкости определим по формуле

где - коэффициент теплопроводности органической смеси, кипящей при температуре 79,07, рис.X [1],

(1.331)[3]

плотность смеси т.IV [1].

плотность паров над кипящей жидкостью

где М - молярная масса пара рис.2 диаграмма t-x,y.

p- рабочее давление в колонне, Па.

поверхностное натяжение жидкости, т.XXIV [1].

удельная теплота конденсации,т.XLV [1],

плотность паров при атмосферном давлении,

удельная теплоемкость смеси,, рис.XI [1],

динамический коэффициент вязкости жидкости, Па·с, т.IX [1],

Из основного уравнения теплопередачи и уравнения аддитивности термических сопротивлений следует, что

Подставляя сюда выражения для и , можно получить одно уравнения относительно неизвестного теплового потока:

Тепловая нагрузка аппарата

Расход греющего пара:

В соответствии с табл. 2,1[2] примем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи Тогда ориентировочное значение требуемой поверхности составит:

В соответствии с табл.2,9[2] поверхность, близкую к ориентировочной могут иметь теплообменники с высотой труб Н=4,0м и диаметром кожуха D=0.6м или с высотой труб H=3.0м и диаметром кожуха D=0.8м.

Уточненный расчет поверхности теплопередачи:

Примем в качестве первого варианта теплообменник с высотой труб Н=3,0м, диаметром кожуха D=0.8м и поверхностью теплопередачи F=109. Выполним его уточненный расчет. В качестве первого приближения примем ориентировочное значение удельной тепловой нагрузки Для определения необходимо рассчитать коэффициенты А и В:

Толщина труб 2,0мм, материал - нержавеющая сталь Сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений (термическим сопротивлением со стороны греющего пара можно пренебречь) равна:

Тогда

Примем второе значение получим:

Третье, уточненное значение определим:

Получим:

Такую точность определения корня уравнения можно считать достаточной, и можно считать истинной удельной тепловой нагрузкой. Тогда требуемая поверхность составит

В выбранном теплообменнике запас поверхности

Масса аппарата М=3130кг.

6.2 Расчет и подбор дефлегматора

Выберем кожухотрубчатый теплообменник для конденсации дистиллята. Расход тепла отдаваемого охлаждающей воде. По данным т.4.8 [1] принимаем коэффициент теплопередачи К =550 Вт/м²К при передачи тепла от конденсирующегося пара органических веществ к воде, температура конденсации дистиллята t =65,8°C.

Определяем среднюю разность температур по уравнению 4.79 [1],

Определяем необходимую поверхность теплообмена:

По данным т.2,3 [2], выберем одноходовой теплообменник по ГОСТ15118-79:

поверхность теплообмена F = 226 м²

длина труб 4,0м

число ходов - 2

диаметр кожуха D=1000мм

диаметр труб 25

общее число труб - 718шт.

Запас площади поверхности теплообмена:

Запас площади поверхности теплообмена достаточен.

6.3 Выбор подогревателя сырья

Расход тепла необходимый на нагрев жидкости . Расход греющего пара По данным т.4.8 [1] принимаем коэффициент теплопередачи К =230 Вт/м²К при передачи тепла от конденсирующегося пара к органическим жидкостям.

Средняя разность температур:

Определяем среднюю разность температур по уравнению 4.79 [1],

Определяем необходимую поверхность теплообмена:

По данным т.2,3 [2], выберем одноходовой теплообменник по ГОСТ15118-79:

поверхность теплообмена F = 31 м²

длина труб 3,0м

число ходов - 2

диаметр кожуха D=400мм

диаметр труб 20

общее число труб - 166шт.

Запас площади поверхности теплообмена:

Запас площади поверхности теплообмена достаточен.

7. ПОДБОР ШТУЦЕРОВ

1. Штуцер для ввода сырья в колонну.

Определяем диаметр штуцера:

Принимаем скорость ввода сырья 1,5

, т.IV[1],

Принимаем штуцер по ОСТ 26-1404-76. Тогда действительная скорость при вводе сырья в колонну:

2. Штуцер для вывода дистиллята:

Принимаем скорость вывода дистиллята из колонны 15

Объемный расход дистиллята:

- плотность пара при температуре .

по ОСТ 26-1404-76. Тогда действительная скорость вывода дистиллята:

3. Штуцер для подачи флегмы:

Принимаем скорость ввода жидкости 1,5

Объемный расход флегмы:

где плотность жидкости при температуре верхней части колоны

по ОСТ 26-1404-76. Тогда действительная скорость подачи флегмы:

4. Штуцер для ввода горячей струи в колонну:

Принимаем скорость пара 15

Объемный расход горячей струи:

где

где удельная теплота парообразования смеси:

плотность пара при температуре

по ОСТ 26-1404-76. Тогда действительная скорость ввода горячей струи:

5. Штуцер для отвода жидкости из куба:

Принимаем скорость жидкости 1,5

Объемный расход жидкости:

то есть объемный расход жидкости равен количеству жидкости, орошающей нижнюю часть колонны.

- плотность жидкости при температуре нижней части колонны

по ОСТ 26-1404-76. Тогда действительная скорость вывода дистиллята: