Расчет двух ректификационных установок непрерывного действия для разделения смеси этилацетат – толуол (стр. 5 из 10)

(1.47)

Гидравлическое сопротивление насадки составляет основную долю общего сопротивления ректификационной колонны. Общее же сопротивление колонны складывается из сопротивления орошаемой насадки, опорных решёток, соединительных паропроводов от кипятильника к колонне и от колонны к дефлегматору, Общее гидравлическое сопротивление ректификационных колонны обуславливает давление и, следовательно, температуру кипения жидкости в испарители.

2. Тепловой баланс ректификационной установки

Тепловой баланс колонны имеет вид:

(4.73)

где

- тепловая нагрузка, соответственно по исходному веществу, по кипятильнику, по дистилляту, по кубовому остатку, по дефлегматору и потери тепла, примем равными 5%.

Из баланса определяем количество тепла, которое необходимо подводить к кипятильнику.

Тепловая нагрузка по кубовому остатку, в количестве

, рассчитывается по формуле:

(4.74)

где

- теплоёмкость кубового остатка, при температуре , [2 рис. XI с. 562], ;

- температура кубового остатка колонны.

(4.75)

где

- массовая доля кубового остатка.

Тепловая нагрузка по исходному веществу, в количестве

кг/с, рассчитывается по формуле:

(4.76)

где

- температуры смеси;

- теплоёмкость исходной смеси, при средней температуре, [2 рис. XI с. 562], .

(4.77)

где

- массовая доля исходной смеси.

Подставим численные значения, получим:

Тепловая нагрузка аппарата по дистилляту, в количестве Р=0,352 кг/с, рассчитывается по формуле:

(4.78)

где

- температура дистиллята, взятая из диаграммы t-х,y, ⁰С;

- теплоёмкость дистиллята, при температуре , [2 рис. XI с. 562], .

(4.79)

где

- массовая доля дистиллята.

Подставим численные значения, получим:

Для дефлегматора тепловая нагрузка аппарата составит:

(4.80)

где

- удельная теплота парообразования дистиллята, при , Дж/кг.

(4.81)

Подставим эти численные значения в уравнение теплового баланса и определим количество тепла, которое необходимо подводить к кипятильнику:

Для подогрева используют насыщенный водяной пар давлением 0,3 МПа. Температура конденсации

Характеристики конденсации при этой температуре: Расход греющего пара вычисляется по формуле:

(4.82)

3. Подробный расчёт подогревателя исходной смеси

Рассчитать и подобрать нормализованный кожухотрубчатый теплообменника для подогрева исходной смеси, насыщенным водяным паром. Начальная температура исходной смеси, в количестве G_см=5000 кг/ч (1,3889 кг/с), t_1н=20 ⁰С, конечная t_1к=95 ⁰С.

Давление насыщенного водяного пара составляет 3 атм, температура конденсации насыщенного водяного пара составляет 133 ⁰С; удельная теплота парообразования равна 2171000 Дж/кг.

Потери в окружающую среду примем 5%.

Определяем тепловую нагрузку аппарата:

(5.83)

где

- теплоёмкость смеси при средней температуре, [2 рис. XI с. 562], Дж/(кг∙К).

Определение расхода горячего теплоносителя:

(5.84)

Определяем полезную разность температур:

Рисунок 10 – Зависимость изменения температуры теплоносителей от поверхности теплообмена.

Ориентировочный выбор теплообменника.

Рассчитываем ориентировочную поверхность теплопередачи S_ор.

(5.85)

где Q – тепловая нагрузка аппарата, Вт;

- полезная разность температур, ⁰С;

- ориентировочное значение коэффициента теплопередачи, [1 таб. 2.1 с.47], Вт/(м²∙К).

Зададимся ориентировочным коэффициентом теплопередачи К_ор=240 Вт/(м²∙К).