Расчет и проектирование канифолеварочной колонны (стр. 3 из 4)
D4=1.1·1.549/2024=0,00084 кг/с = 3.04 кг/ч
Вычислим площадь поверхности теплообмена тарелки:
F4=1.549/0.4·(173-149)=0.161 м2
Проведем расчет для пятой тарелки сверху.
Масса скипидара, испаряемого на тарелке.
G5= 4.37·(0.032 – 0.021)·136=6.538 кг/ч
Тепловая мощность, передаваемая змеевиком на испарение скипидара.
Q5=6.538·335/3600=0.608 кВт
Расход глухого пара в змеевике пятой тарелки будет равен:
D5=1.1·0.608/2024=0,00033 кг/с = 1.19 кг/ч
Вычислим площадь поверхности теплообмена тарелки:
F5=0.608/0.4·(173-152)=0.0724 м2
Проведем расчет для шестой тарелки сверху.
Масса скипидара, испаряемого на тарелке.
G6= 4.37·(0.021 – 0.015)·136=3.566 кг/ч
Тепловая мощность, передаваемая змеевиком на испарение скипидара.
Q6=3.566·335/3600=0.332 кВт
Расход глухого пара в змеевике шестой тарелки будет равен:
D6=1.1·0.332/2024=0,00018 кг/с = 0.65 кг/ч
Вычислим площадь поверхности теплообмена шестой тарелки:
F6=0.332/0.4·(173-155)=0.046 м2
Проведем расчет для седьмой тарелки сверху.
Масса скипидара, испаряемого на тарелке.
G7= 4.37·(0.015 – 0.012)·136=1.78 кг/ч
Тепловая мощность, передаваемая змеевиком на испарение скипидара.
Q7=1.78·335/3600=0.166 кВт
Расход глухого пара в змеевике седьмой тарелки будет равен:
D7=1.1·0.166/2024=0,00009 кг/с = 0.346 кг/ч
Вычислим площадь поверхности теплообмена седьмой тарелки:
F7=0.166/0.4·(173-158)=0.0377 м2
Проведем расчет для восьмой тарелки сверху.
Масса скипидара, испаряемого на тарелке.
G8= 4.37·(0.012 – 0.009)·136=1.783 кг/ч
Тепловая мощность, передаваемая змеевиком на испарение скипидара.
Q8=1.783 ·335/3600=0.166 кВт
Расход глухого пара в змеевике восьмой тарелки будет равен:
D8=1.1·0.166/2024=0,00009 кг/с = 0.326 кг/ч
Вычислим площадь поверхности теплообмена тарелки:
F8=0.166/0.4·(173-161)=0.0346 м2
Проведем расчет для девятой тарелки сверху.
Масса скипидара, испаряемого на тарелке.
G9= 4.37·(0.009 – 0.0068)·136=1.31 кг/ч
Тепловая мощность, передаваемая змеевиком на испарение скипидара.
Q9=1.31 ·335/3600=0.122 кВт
Расход глухого пара в змеевике девятой тарелки будет равен:
D9=1.1·0.122/2024=0,000066 кг/с = 0.239 кг/ч
Вычислим площадь поверхности теплообмена девятой тарелки:
F9=0.122/0.4·(173-164)=0.0339 м2
Проведем расчет для десятой тарелки сверху.
Масса скипидара, испаряемого на тарелке.
G10= 4.37·(0.0068 – 0.0056)·136=0.71 кг/ч
Тепловая мощность, передаваемая змеевиком на испарение скипидара.
Q10=0.71 ·335/3600=0.066 кВт
Расход глухого пара в змеевике десятой тарелки будет равен:
D10=1.1·0.066/2024=0,000036 кг/с = 0.13 кг/ч
Вычислим площадь поверхности теплообмена десятой тарелки:
F10=0.066/0.4·(173-166)=0.0236 м2
Проведем расчет для одиннадцатой тарелки сверху.
Масса скипидара, испаряемого на тарелке.
G11= 4.37·(0.0056 – 0.0048)·136=0.475 кг/ч
Тепловая мощность, передаваемая змеевиком на испарение скипидара.
Q11=0.475 ·335/3600=0.044 кВт
Расход глухого пара в змеевике одиннадцатой тарелки будет равен:
D11=1.1·0.044/2024=0,000024 кг/с = 0.0868 кг/ч
Вычислим площадь поверхности теплообмена тарелки:
F11=0.044/0.4·(173-168)=0.022 м2
Проведем расчет для двеннадцатой тарелки сверху.
Масса скипидара, испаряемого на тарелке.
G12= 4.37·(0.0048 – 0.0042)·136=0.357 кг/ч
Тепловая мощность, передаваемая змеевиком на испарение скипидара.
Q12=0.357 ·335/3600=0.0332 кВт
Расход глухого пара в змеевике тарелки будет равен:
D12=1.1·0.0332/2024=0,000018 кг/с = 0.065 кг/ч
Вычислим площадь поверхности теплообмена двеннадцатой тарелки:
F12=0.0332/0.4·(173-170)=0.0217 м2
3.2 Расчет вспомогательного оборудования
3.2.1 Расчет флорентины
На стадиях отдувки скипидара от сора острым паром и при уваривании канифоли на канифолеварочных колоннах с помощью острого пара и конденсоторов-холодильников выходит конденсат, состоящий из воды и скипидара. Для разделения их используют делительный аппарат, называемый флорентиной. Принцип действия его основан на разделении двух взаимонерастворимых жидкостей с различной плотностью.
Флорентина по технологии установлена на стадии плавления живицы для улавливания и разделения скипидара и воды на стадии уваривания канифоли. Режим работы: Р=100 кПа, t=30…40 0С.
Принцип работы основан на законе гидростатики, который описывается уравнением Эйлера, согласно которому следует, что уровень двух взаимонерастворимых жидкостей в сообщающихся сосудах обратно пропорционален их плотностям:
h1: h2=ρ1: ρ2, (3.16)
где h1,h2 –высота столбов жидкости, т.е.скипидара и воды,м;ρ1, ρ2 –плотность скипидара и воды,кг/м3.
Плотность скипидара ρ1 можно принять за 860 кг/м3, воды ρ2=1000 кг/м3. Принимаем время отстаивания за 1 час. Из материального баланса определяем объем воды и скипидара, отгоняемых от сора в друк-фильтре острым паром. Допустим, что отогналось скипидара В, кг/ч, и на отдувание ушло Г, кг/ч, паров воды, тогда объем скипидара, м3/ч:
Vск=В/860, (3.17)
Vск=212.17/860=0.247
объем воды, м3/ч:
Vв=Г/1000 (3.18)
Vв=212.17/1000=0.212
Общий объем флорентины, м3/ч,составит:
Vф=1.2∙(Vск+ Vв), (3.19)
где 1.2-коэффициент запаса объема.
Vф=1.2∙(0.247+ 0.212)=0.551 м3/ч
Высоту флорентины примем за Нф=2Dф (Dф-диаметр флорентины), тогда
Vф=π∙D3ф/2, (3.20)
Dф= √2∙Vф/π (3.21)
Dф= √2∙0,551/3.14=0.705 м
Нф=2∙0.705=1.41 м
Высота слоя скипидара:
h1=4Vск/π∙D2ф (3.22) h1=4∙0.247/3.14∙0.7052=0.633 м
Высота слоя воды:
h2= h1·(ρ2: ρ1)(3.23)
h2= 0.633·(1000: 860)=0.736 м
Общая высота слоя жидкости во флоренитне составит, на котором и будет отвод скипидара:
h1+h2=0.633+0.736=1.369 м
Уровень слива трубки для воды:
h1/(h1-x)=ρ2/ ρ1 (3.24)
х= h1·(ρ2- ρ1)/ρ2 (3.25)
х= 0.633·(1000- 860)/1000=0.089 м
Хотя скипидар и вода считаются практически взаимонерастворимыми жидкостями, но они способны эмульгировать друг в друге в количестве до 1.5…2.0%. Но даже при незначительном количестве влаги в скипидаре он мутнеет, что делает его нетовароспособным продуктом. Поэтому весь скипидар, поступающий из флорентины после конденсатора –холодильника канифолеварочной колонны, перед затариванием его в емкости подвергают сушке.
3.2.2 Расчет дефлегматора
Дефлегматор предназначен для теплообмена между паром и жидкостью. Из канифолеварочной колонны поступает в дефлегматор G=1754 кг смеси скипидар-вода (877 кг скипидара и столько же воды).
В дефлегматоре конденсируется 5% от общего количества смеси. Количество сконденсированного скипидара Gск и Gв составит:
Gск=Gв=G∙0.05/2 (3.26)
Gск=Gв=877∙0.05/2=22 кг
Тепловая нагрузка конденсации скипидара и воды Q составит:
Q=Gск∙Гск+ Gв∙Гв, (3.27)
где Гск и Гв- тепловые конденсации скипидара и воды соответственно, ккал/кг.
Q=22∙68.5+ 22∙639.7=15580.4 ккал/кг
Средняя разность температур теплоносителей Δtср, 0С составит:
Δtм=66 0С Δtб=810С
Δtср=(Δtм+ Δtб)/2, (3.28)
где Δtм и Δtб – температурные напоры на концах аппарата, 0С.
Δtср=(66+ 81)/2=73.5 0С
Необходимая площадь поверхности теплообмена дефлегматора Fк, м2 составит:
Fк=Q/k∙Δtср, (3.29)
где k-коэффициент теплопередачи, Вт/м2∙0С.
Fк=15580.4∙4190/115∙73.5∙3600=2.12 м2
По ГОСТ 15120-79 выбираем теплообменник с площадью поверхности теплообмена 2.5 м2, общим числом труб 17, длиной труб 2.5 м и диаметром кожуха 149 мм.
3.2.3 Расчет холодильника-конденсатора
В холодильнике-конденсаторе канифолеварочной колонны конденсируется 95% смесь вода-скипидар, выходящая из колонны в количестве 1754 кг, с последующим охлаждением до 30 0С. Количество сконденсированного и охлажденного скипидара Gск и Gв составит:
Gск=Gв=G∙0.95/2 (3.30)
Gск=Gв=1754∙0.95/2=833.2 кг
Тепловая нагрузка конденсации скипидара и воды Q, кал/ч рассчитывается по формуле (3.27.) и составляет:
Q=833.2∙68.5+ 833.2∙639.7=590072.04 ккал/кг
Средняя разность температур теплоносителей Δtср, 0С по формуле (3.28.) составит:
Δtм=66 0С Δtб=810С
Δtср=(66+ 81)/2=73.5 0С
Необходимая площадь поверхности конденсации Fк, м2 по формуле (3.29.) составит:
Fк=590072.04∙4190/115∙73.5∙3600=82.25 м2
Тепловая нагрузка охлаждения скипидара и воды, Qк составит:
Q =(Gск∙Сск + Gв∙Св)∙(t2 –t1), (3.31.)
где t2 и t1-начальная и конечная температуры воды и скипидара соответственно, 0С; Сск и Св-теплоемкость скипидара и воды соответственно, ккал/ч∙0С.
Q =(877∙0.42 + 877∙1)∙(106 –30)=94645.84 ккал/ч
Средняя разность температур теплоносителей Δtср, 0С по формуле составит:
Δtм=66 0С Δtб=50С
Δtср= Δtб - Δtм /2.3∙lg(66/5)=23.7 0С
Необходимая площадь поверхности охлаждения Fох, м2 по формуле (3.29) составит:
Fох=94645.84∙4190/115∙23.7∙3600=40.42 м2
Общая площадь холодильника-конденсатора F, м2 составит:
F=Fк+Fох (3.32.)
F=40.42+82.25=122.67 м2
По ГОСТ 15122-79 выбираем двухходовый теплообменник с площадью поверхности теплообмена 127 м2, общим числом труб 404, длиной 4.0 м, диаметром кожуха 800 мм.