Спроектировать ректификационную установку для разделения бензол – толуол (стр. 3 из 3)

Стандартный диаметр патрубка d_у= 80 мм (наружный диаметр 89 мм, толщина стенки 4 мм).

2.10 Расчет кипятильника

Исходные данные:

Количество паров воды для конденсации G₁ = 3,93 кг/с; удельная теплота парообразования смеси (толуола) r₁ = 362,5 кДж/кг при температуре кипения t_к = 110ºС. В качестве теплоносителя использовать водяной пар с абсолютным давлением 5 кгс/см². Влияние примеси бензола на теплоотдачу не учитывать.

Тепловая нагрузка аппарата:

Q = G₁ · r₁= 3,93 · 362,5·10³ = 1424,63·10³ Вт

Расход воды:

G₂ =

,

где r₂=2117·10³ Дж/кг – удельная теплота парообразования водяного пара при температуре конденсации t_конд=151,1 ºС

Средняя разность температур:

Примем ориентировочный коэффициент теплопередачи от конденсирующего пара к воде (конденсатор) (4, табл. 3) К_ор= 1000 Вт/м²·К, тогда требуемая площадь поверхности теплообменника:

Поверхность, близкую к ориентировочной имеет теплообменник с высотой труб Н=2,0 м и диаметром кожуха D=0,6 м и поверхностью теплообмена F=40 м². Испарители могут быть только одноходовыми, с диаметром труб d=25x2 мм.

Проведу уточненный расчет:

,

где ρ₁=777 кг/м² ; λ₁=0,116 Вт/(м ·К); μ=0,251 ·10^-3 Па·с; σ₁=18,35·10^-3 Н/м - физико-химические характеристики жидкого толуола при t_кип=110ºС

Значение коэффициента b определяется по формуле:

,

где ρ_п – плотность паров толуола, при t_кип=110ºС

Коэффициент теплоотдачи для пара, конденсирующегося на наружной поверхности труб высотой Н, определяется:

,

где ρ₂=932 кг/м² ; λ₂=0,683 Вт/(м ·К); μ₂=0,207 ·10^-3 Па·с – физико-химические характеристики конденсата воды при t_конд=132,9ºС

Сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений:

,

где

- толщина стенки, мм;

λ_ст – теплопроводность нержавеющей стали, λ_ст =17,5 Вт/(мК)

Коэффициент теплопередачи:

Удельная тепловая нагрузка:

откуда

Это уравнение решается графически, задаваясь значением q. В качестве первого приближения принимается ориентировочное значение удельной тепловой нагрузки:

q=40000 Вт/м² у =2,55

q=38000 Вт/м² y =0,93

q=37000 Вт/м² y =0,15

при у=0 q=36800 Вт/м²

Требуемая поверхность F=1424630/36800=38,71 м²

Выбранный из каталога теплообменник с F=40 м²; D=600 мм; Z=1; n=257; H=2,0 м; d=25x2 мм подходит, так как присутствует запас поверхности.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. – Л.: Химия, 1987.

2. Методические указания по курсовому проектированию процессов и аппаратов химической технологии. «Расчет ректификационной установки непрерывного действия». – Ангарск, АГТА, 2000.

3. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию. Под ред. Ю.И. Дытнерского, 2-е изд., перераб. и дополн.- М.: Химия, 1991.

4. Расчет теплообменников. Справочно-методические указания по курсовому проектированию процессов и аппаратов химической технологии. Составили: Л. И. Рыбалко, Л. В. Щукина. Ангарская государственная техническая академия. – Ангарск: АГТА, 2001.