Расчет холодильника для дистиллята

 

В холодильнике происходит охлаждение дистиллята до температуры конденсации до 30⁰С.

65,5⁰С              30⁰С

38⁰С                  18⁰С

Количество тепла, отнимаемого охлаждающей водой от дистиллята в дефлегматоре пара

 

 

Принимаем К=300Вт/м²·К.

Поверхность теплообмена холодильника дистиллята находим из основного уравнения теплопередачи

C запасом принимаем 1-х ходовой теплообменник с поверхностью F = 9м² (табл. 4.12, с 215 [1])

Характеристика теплообменника

Диаметр кожуха наружный 273мм

Диаметр труб 25 2мм

Длина труб 3,0м

Количество труб 62

Расчет холодильника для кубового остатка

В холодильнике кубового остатка происходит охлаждение кубовой жидкости от температуры кипения до 30⁰С.

77⁰С                  30⁰С

38⁰С                  18⁰С

Количество тепла, отнимаемого охлаждающей водой от кубовой жидкости

 

Принимаем К=300Вт/м²К

Поверхность теплообмена холодильника кубовой жидкости

C запасом принимаем 2-х ходовой теплообменник с поверхностью F = 57м² (табл. 4.12, с 215 [1])

Характеристика теплообменника

Диаметр кожуха 600м

Диаметр труб 25 2мм

Длина труб 3,0м

Количество труб 240

 

Расчет подогревателя

Служит для подогрева исходной смеси от t_н = 18-20^оС до температуры t_F = 76,2^oC. Исходная смесь подогревается водяным насыщенным паром с температурой 100^оС.

Температурная схема процесса

110 – 110

28 – 76,2

; .

 

 ºС.

 

Определим среднюю температуру смеси

 ºС.

 

Объемный расход смеси

 

 м³/с,

 

где ρ₁=858,7 кг/м³ – средняя плотность в колонне при t₁=55,6 ºС (таблица IV [1]);

G₁=1,32 кг/с – массовый расход смеси.

Средняя плотность жидкости в колонне:

 

=

 

Расход теплоты на нагрев смеси

 

 Вт,

 

где с₁=2750 Дж/(кг·К) – средняя удельная теплоемкость смеси при t₁=55,6 ºС (рисунок XI [1]).

Значения теплоемкостей, необходимые для расчета, находим по формуле:

 

,

 

где  - теплоемкости компонентов при соответствующих температурах;

 - массовые доли компонентов.

;

Расход сухого греющего пара с учетом 7 % потерь теплоты

 

 кг/с,

 

где r=2217·10³ кг/с – удельная теплота конденсации водяного пара (таблица LVII [1]);

х – паросодержание греющего пара.

Ориентировочно определяем максимальную величину площади поверхности теплообмена. Минимальное значение коэффициента теплопередачи для случая теплообмена от конденсирующегося водяного пара к органическим жидкостям К_min=300 Вт/(м²·К) (таблица 4.8 [1]). При этом

 

 м².

 

Составляем схему процесса теплопередачи. Для обеспечения турбулентного течения смеси при Re>10000 скорость в трубах должна быть больше w'₁

 

 м/с,

 

где μ₁=1,275·10^-3 Па·с – динамический коэффициент вязкости смеси при t₁=55,6 ºС (таблица VI [1]);

Динамический коэффициент вязкости смеси:

 

 

где μ_А, μ_В- коэффициенты динамической вязкости компонентов А и В при соответствующей температуре [2, c.516].

d₁=0,021 м – внутренний диаметр труб;

ρ₁=784,5 кг/м³ – плотность смеси при t₁=55,6 ºС (таблица IV [1]).

Число труб 25х2 мм, обеспечивающих объемный расход смеси при Re=10000

 

.

 

Условию n<30,4 и F<59,5 удовлетворяет шестиходовой теплообменник, внутренним диаметром 600 мм с числом труб на один ход трубного пространства n=33 (общее число труб n=196).

Уточняем значение критерия Рейнольдса Re

.

Критерий Прандтля для смеси при средней температуре t₁=55,6 ºС равен

 

,

 

где λ₁=0,15– коэффициент теплопроводности смеси при t₁=55,6 ºС (рисунок Х [1]);

с₁=2723,5 Дж/(кг·К) – средняя удельная теплоемкость смеси при t₁=55,6 ºС (рисунок XI [1]);

μ₁=1,275·10^-3 Па·с – динамический коэффициент вязкости смеси при t₁=55,6ºС (таблица VI [1]).

Рассчитаем критерий Нуссельта для смеси

 

,

 

где ε₁=1.

Отношение (Pr₁/Pr_ст1)^0,25 примем равным 1,1 (с последующей проверкой).

Таким образом, коэффициент теплоотдачи для смеси равен

 

 Вт/(м²·К).

 

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи при конденсации водяного пара на пучке горизонтальных труб. Расчет осуществляем приближенно (без учета влияния поперечных перегородок).

 

 Вт/(м²·К),

 

где ε=0,6 – коэффициент, зависящий от расположения и числа труб по вертикали в пучке, для шахматного расположения труб и числе труб n_в=14 (с.162 [1]);

ε_Г=0,6 – коэффициент, зависящий от относительной массовой концентрации воздуха в паре – Υ, принимаем Υ=0,5 % (с.164 [1]);

В_t=1058 (таблица 4.6 [1]);

G₂=0,56 кг/с;

n=196 – общее число труб;

L=2 м – длина труб (таблица 4.12 [1]).

Примем тепловую проводимость загрязнений стенки со стороны греющего пара 1/r_загр.2=5800 Вт/(м²·К), со стороны бутанола 1/r_загр.1=5800 Вт/(м²·К) (таблица ХХХI [1]). Коэффициент теплопроводности стали λ_ст=46,5 Вт/(м²·К) (таблица ХХVII [1]); δ=0,002 м – толщина стенки.

Находим сумму термических проводимостей стенки и загрязнений

 

 Вт/(м²·К).

 

Коэффициент теплопередачи

 

 Вт/(м²·К).

 

Поверхностная площадь теплового потока

 

 Вт/м²,

 

где Δt_ср=61,5 ºС – средняя разность температур.

Проверяем принятое значение (Pr₁/Pr_ст1)^0,25. Определим

 

 ºС,

ºС.

 

Определим критерий Прандтля при t_ст1=87,6 ºС

 

,

 

где λ₁=0,149– коэффициент теплопроводности смеси при t_ст1=87,6 ºС (рисунок Х [1]);

с₁=2750 Дж/(кг·К) – средняя удельная теплоемкость бутанола при t_ст1=87,6ºС (рисунок XI [1]);

значения теплоемкостей, необходимые для расчета, находим по формуле:

 

,

 

где  - теплоемкости компонентов при соответствующих температурах;

 - массовые доли компонентов.

;

μ₁=0,677·10^-3 Па·с – динамический коэффициент вязкости смеси при t_ст1=87,6 ºС (таблица VI [1]).

Динамический коэффициент вязкости смеси:

 

 

где μ_А, μ_В- коэффициенты динамической вязкости компонентов А и В при соответствующей температуре [2, c.516].

Следовательно,

 

 

Было принято (Pr₁/Pr_ст1)^0,25 =1,1. Разница

Расчетная площадь поверхности теплообмена

 м².

 

Принимаем к установке шестиходовой теплообменник с F=31 м².

Характеристики теплообменника

Внутренний диаметр кожуха D_н=600 мм;

Общее число труб n=196;

Поверхность теплообмена F=31 м²;

Длина труб L=2 м;

Диаметр трубы d=25х2 мм.

Запас площади поверхности теплообмена

 

 

Заключение

 

В результате проведенного расчета мы определили:

Диаметр D=2600 мм и высоту колонны H =23,75 м, число тарелок 46.

Произвели гидравлический и тепловой расчет колонны.

Рассчитали и подобрали вспомогательное оборудование.