Курсовая работа: Расчет ректификационной колонны

                                  (1.42)

 кВт.

С учётом 3% потерь в окружающую среду общий расход теплоты:

 кВт.                                              (1.43)

Давление греющего пара P=300 кПа, (3 атм) по табл LVII [4] соответствует удельная теплота конденсации rгр=2171·103 Дж/кг

Расход греющего пара:

,                                                               (1.44)

 кг/с.

1.8.1 Расчёт и выбор теплообменного аппарата для подогрева исходной смеси

Необходимые для расчета заданные параметры:

GF=3,06 кг/с;

tсм=20°C;

аF=28%;   tF=95,6°C;

P=300кПа.

Целью теплового расчёта является определение необходимой площади теплопередающей поверхности, соответственно при заданных температурах оптимальными гидродинамические условия процесса и выбор стандартизованного теплообменника.

Из основного уравнения теплопередачи:

                                                (1.45)

где F – площадь теплопередающей поверхности, м2;

Q – тепловая нагрузка аппарата;

К – коэффициент теплопередачи Вт, (м2·к);

∆tср средний температурный напор, °К.

Определяем тепловую нагрузку:

,                                       (1.46)

где Gхол – массовый расход этанола, кг/с;

схол – средняя удельная теплоёмкость этанола Дж/кг·с;

t2, t1 – конечная и начальная температуры этанола, °С,

X= 1.05 – коэффициент учитывающий потери тепла в окружающую среду.

Средняя температура этанола:

,                                          (1.47)

.

Этому значению температуры этанола соответствует значение теплоёмкости С=2933 Дж/кг·К:

Q=3,06·2933·(95,6-20) ·1,05=712·103 Вт.

Расход пара определяем из уравнения:

Q=D·r,                                                         (1.48)

D – расход пара, кг/с;

r – средняя теплота конденсации пара Дж/кг.

Из формулы (1.48) следует, что

,

.

Расчёт температурного режима теплообменника.

Цель расчёта – определение средней разности температур ∆tср  и средних температур теплоносителей tср1 и tср2.

Для определения среднего температурного напора составим схему движения теплоносителей (в нашем случае схема противоточная)

Тн=132,7 пар Тн =132,7°С

∆tм = Тн - tк =132,7-85=47,7

∆tб = Тн – tн =132,7-20=112,7

.

tк=85 этиловый спирт tн =20°С

∆tм = 47,7

∆tб = 112,7

Тн выбираем по табл. XXXIX [4]

tср1 = Тн=132,7 °С, т.к. температура пара в процессе конденсации не меняется.

т.к , то

                    (1.49)

,

∆ tср= tср1-tср2=132,7-75,8=56,9°С.

Температура одного из теплоносителей (пара) в аппарате не изменяется, поэтому выбор температурного режима окончателен.

Ориентировочный расчёт площади поверхности аппарата. Выбор конструкции аппарата и материалов для его изготовления.

Ориентировочным расчётом называется расчёт площади теплопередающей поверхности по ориентировочному значению коэффициента теплопередачи К, выбранному из [4]. Принимаем  К=900 Вт/(м2К), тогда ориентировочное значение площади аппарата вычислим по формуле (1.45):

                                       (1.50)

,

Учитывая, что в аппарате горячим теплоносителем является пар, для обеспечения высокой интенсивности теплообмена со стороны метанола необходимо обеспечить турбулентный режим движения и скорость движения метанола в трубах аппарата 2= 1,0 м/с [4].

Для изготовления теплообменника выбираем трубы стальные бесшовные диаметром 25х2мм. необходимое число труб в аппарате n, обеспечивающее такую скорость, определим из уравнения расхода:

                     (1.51)

.

Такому числу труб в одном ходе n=12 шт, и площади поверхности аппарата F=13,9≈14 м2 по ГОСТ15118-79 и ГОСТ 15122-79 наиболее полно отвечает двухходовой теплообменник диаметром 325 мм, с числом труб 56 (в одном ходе 28 шт.), длинной теплообменных труб 4000 мм и площадью поверхности F=13м2.

1.8.2 Расчет дефлегматора

Тепловую нагрузку дефлегматора определим из теплового баланса.

Таблица 2— Тепловой баланс для дефлегматора

Приход теплоты

Расход теплоты

1. С паром из колонны

2. С охлаждающей водой

3. С дистиллятом

4. С охлаждающей водой

Потерями теплоты в окружающую среду пренебрегаем.

Тепловой баланс:

,                                                 (1.52)

,                       (1.53)

откуда расход охлаждающей воды на дефлегматор:

.                                             (1.54)

Количество паров, поднимающихся  из колонны:

,                                                        (1.55)

 кг/с.

Скрытую теплоту конденсации паровой смеси в дефлегматоре определяем по формуле:

,                                                 (1.56)

где rДэ=852·103 Дж/кг,  rДв=2307·103 Дж/кг при  tД=79ْ С.

 Дж/кг.

Принимаем температуру охлаждающей воды на входе в дефлегматор tн=9ْ С, на выходе tк=29ْ С, тогда расход воды на дефлегматор составит:

 кг/с.

1.8.3 Выбор холодильника дистиллята

Расход воды на холодильник определяем из уравнения теплового баланса

Таблица 3—Тепловой баланс

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8