Ректифікаційна колона (стр. 5 из 5)
де cв – середня питома теплоємність води, Дж/(кг·°С); tвп, tвк – початкова і кінцева температура води, °С.
При середній температурі води (70 + 20) / 2 = 45°С середня питома теплоємність св = 4199 Дж/(кг·°С); густина води, ρв = 990,21 кг/м3; динамічна в’язкість води μ = 0,6 · 10-3 Па·с; коефіцієнт теплопровідності λ = 0,641 Вт/(м2 · К).
Таким чином, отримаємо:
кг/с.Приймаємо теплообмінник типу «труба в трубі» з трубами 38×3,5 мм і 57×4 мм. Вода проходить у міжтрубному просторі.
Визначимо швидкість води:
,де Dв – внутрішній діаметр зовнішньої труби, м; dз – зовнішній діаметр внутрішньої труби, м.
м/с.Критерій Рейнольдса для води:
Re =
, (4)де w – швидкість руху води, м/с; dе = Dв – dз – еквівалентний діаметр міжзубного простору, м; ρв – густина води, кг/м3; μв – динамічна в’язкість води, Па·с.
Підставляючи розраховані дані, отримаємо:
Re =
.Критерій Прандтля:
Pr =
= 
= 3,93.Визначимо коефіцієнт тепловіддачі на стороні теплоносія. При руху в міжтрубному просторі, користуються рівнянням [3, с. 299]:
Nu = 0,023 · Re0,8 · Pr0,4 ×
(9)Підставляючи отримані дані, знаходимо:
Nu = 0,023 · 77090,8 · 3,930,4
= 57,38 
Вт/(м2 · К).При конденсації пари на горизонтальній поверхні, коефіцієнт тепловіддачі знаходять по рівнянню [3, с. 303]:
, (9)де
(всі фізичні константи конденсату підставляються при визначальній температурі, що дорівнює середній температурі плівки конденсату 
); r – теплота конденсації пари, Дж/кг при температурі насиченої пари; H – висота стінки.Знаходимо коефіцієнт A:
.Підставляючи дані у формулу (9), знаходимо:
Вт/(м2 · К).Коефіцієнт теплопередачі через стінку теплообмінного апарату визначається за формулою:
K =
, (10)де α1 – коефіцієнт тепловіддачі на стороні теплоносія, Вт/(м2·К);
– сумарний тепловий опір стінки, м2×К/Вт; α2 – коефіцієнт тепловіддачі при конденсації спиртоводної пари, Вт/(м2·К). 
(11)де dст = 0,0035 м – товщина стінки трубки;
lст = 45,4 Вт/м×К – теплопровідність матеріалу труби;
r1 = r2 = 1/5600 м2×К/Вт – тепловий опір забруднень стінок [1, c.531];
м2×К/Вт.Таким чином:
K =
= 861,15 Вт/(м2 · К).Визначимо середню різницю температур в установці:
Δtм = 79 – 73 = 6°; Δtб = 70 – 20 = 50°.
= 8,3.Таким чином:
.Визначимо площу поверхні нагрівання з основного рівняння теплопередачі:
м2.Приймаємо теплообмінник «труба в трубі» з трубами довжиною 3 м.
Число секцій у теплообміннику:
, (11) 
.Приймаємо 12 секцій.
4.2 Визначення діаметрів трубопроводів
Об’ємні витрати вихідної спирто-водної суміші знаходимо з рівняння:
м3/с.Діаметр патрубка для підведення спирто-водної суміші:
, (18)де ω – швидкість руху суміші в трубопроводі.
Швидкість руху спирто-водної суміші в трубопроводі, як і інших рідких продуктів, рекомендується приймати в межах 0,5 – 1,0 м/с.
Таким чином:
м.Приймаємо 40 мм.
Діаметр патрубка для подачі гріючої пари. Витрати гріючої пари:
Vг.п. = P × vп, (18)
де vп – питомий об'єм пари, м3/кг.
Vг.п. = 0,174 × 0,9186 = 0,16 м3/с.
Швидкість пари в трубопроводі приймаємо 15 — 25 м/с. Діаметр трубопроводу для підведення пари, що гріє, знаходимо з рівняння (13):
м.Приймаємо 100 мм.
Діаметр патрубка для відводу кубового залишку. Визначимо об'єм кубового залишку:
VR = R / ρR = 0,765 / 970 = 0,00079 м3/с.
Швидкість руху кубового залишку в трубопроводі приймаємо рівною 0,3 м/с.
Діаметр патрубка для відводу кубового залишку:
м.Приймаємо 50 мм.
Об'єм спирто-водної пари визначимо по формулі:
, (19) 
м3/с.Швидкість руху спирто-водної пари в трубопроводі, що відводить пару з колони в конденсатор, рекомендується приймати 4 – 10 м/с.
Діаметр патрубка для відводу спирто-водної пари:
м.Приймаємо 200 мм.
Діаметр патрубка для підведення флегми. Визначимо об'єм флегми:
VF = F / ρF,
де F – кількість флегми, кг/с; ρF – густина флегми, кг/м3.
VF = 0,19 / 770 = 0,000247 м3/с.
Швидкість руху флегми в трубопроводі приймаємо рівною 1,0 м/с.
Діаметр патрубка для відводу кубового залишку:
м.Приймаємо 40 мм.
Отримані результати округляємо у велику сторону, звіряємо зі значеннями діаметрів трубопроводів по відповідним ГОСТ і заносимо в таблицю 6.
Таблиця 6
Технологічні дані трубопроводів
| Густинапродукту, кг/м3 | Пропуск-на здатність, м3/с | Швидкість руху, м/с | Діаметр трубопроводу, мм | |||
| Припусти-ма | прийня-та | розрахун-ковий | Прийняв-тий | |||
| Підведення вихідної суміші | 960 | 0,00087 | 0,5 – 1,0 | 1,0 | 33 | 40 |
| Відвід кубового залишку | 970 | 0,00079 | 0,2 – 0,8 | 0,5 | 45 | 50 |
| Підведення пари, що гріє | 1,54 | 0,16 | 15 – 25 | 20 | 100 | 100 |
| Відвід спирто-водної пари | 1,255 | 0,205 | 4 – 10 | 7,0 | 193 | 200 |
| Підведення флегми | 770 | 0,000247 | 0,5 – 1,0 | 1,0 | 18 | 40 |
В результаті проведених розрахунків була спроектована ректифікаційна колона безперервної дії для отримання спирту. Ректифікаційні апарати є найбільш досконалими та прогресивними. У таких апаратах можна отримувати ректифікат, або спирт вищої очистки.
При проектуванні апарата були обрані найбільш ефективні конструктивні матеріали –– нержавіюча сталь. Це дасть змогу значно подовжити термін експлуатації апарату, та отримувати незабруднений продукт вищої якості.
Таким чином, розроблена ректифікаційна колона відповідає сучасним вимогам виробництва.
Список використаної літератури
1. Гочаров Ю., Долгоруков Ю., Бондаренко А., Про формування промислової політики // Економіка України №3 1999 р. с.31
2. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя:
Т.1–3 – М.: Машиностроение, 1980. – 557 с.
3. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М., 2005. - 753 с.
4. Проектирование процессов и аппаратов пищевых производств. Под ред. В. Н. Стабникова, — Киев: Вища школа. Головное изд-во, 1982.—199 с.
5. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/ Под ред. Ю. И. Дытнерского. –– М.: Химия, 1983. –– 272 с., ил.
6. Стабников В. Н., Ройтер И. М., Процюк Т. Б. Этиловый спирт. М., Пищевая промышленность, 1976.
7. Гороновский И. Т., Назаренко Ю. П., Некряч Е. Ф., Краткий справочник по химии. –– К.: Наукова думка, –– 1987, 832 с.
8. Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Изд. 9-е. Л., Химия, 1981. 560 с.
9. Александров И.А. Ректификационные и абсорбционные аппараты. – М.: Химия, 1978. - 280 с.
10. Справочник химика. т.5: Сырье и продукты промышленности неорганических веществ, процессы и аппараты, коррозия, гальванотехника, химические источники тока" М. – Л.: Химия, 1968.
11. Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технелогии. Л: Химия – 1991. 352 с.