124573 (Технология получения масел и парафинов), страница 3

Расчет конструктивных параметров экстракционной колонны

Gр + Gф ρраф. р-ра = - --------------------- - = 903,3 кг/м^3

Gр/ρр + Gф/ρф Gр + Gф + Gэ

ρэкстр. р-ра = - --------------------- - = 952,6 кг/м^3

Gр/ρр + Gф/ρф + Gэ/ ρэ

где Gр и ρр – расход и плотность рафината;

Gэ и ρэ – расход и плотность экстрака;

Gф и ρф – расход и плотность фенола;

Gв и ρв – расход и плотность воды.

Vраф. р-ра = 53,23 м^3/ч

Vэкстр. р-ра = 119,35 м^3/ч

Vсмеси = Vраф. р-ра + Vэкстр. р-ра = 172,58 м^3/ч

Примем скорость движения потоков W = 10м^3/м^2, тогда площадь сечения колонны:

Vсмеси

F = - ---------------- - = 17,268 м^3

W

Определяем диаметр колонны:

D = √4*F/π = 4,68 м, примем D = 4,7м и число тарелок n = 20

Высота колонны складывается из:

высоты верхнего днища h1 = 0.2*D =0,94 м

высоты зоны отстоя раствора рафината h2 = Vраф. р-ра/ F = 3,08 м

высоты контактной зоны h3 = 0,5*(n – 1) = 9,5 м

высоты зоны отстоя раствора экстракта h4 = Vэкстр. р-ра/ F = 6,9 м

высоты мантии h5 = 1 м

H = h1 + h2 + h3 + h4 + h5 = 21,42 м

2.2. РАСЧЕТ СУШИЛЬНОЙ КОЛОННЫ БЛОКА РЕГЕНЕРАЦИИ ЭКСТРАКТНОГО РАСТВОРА

В колонне происходит отгон воды, содержащийся в экстрактном растворе.

Материальный баланс колонны. Таблица 5

1. С верхней части колонны выходит азеотропная смесь, которая имеет следующий состав:

Фенол 9% масс.

Вода 91% масс.

Ткип = 98 С при давлении Р = 101 кПа

Следовательно параметры верхней части колонны: Тв =98 С; Рв = 101 кПа

2. Давление внизу колонны зависит от количества тарелок в колонне.

Примем n = 24 и перепад давления на каждой тарелке ∆р = 2,5 кПа, тогда

Рн = Рв + ∆р*n = 161 кПа

3. Температура низа колонны Мэкст = 377,8 г/моль, Мф = 94 г/моль

nф = w/М = 92,72/94 = 0,981

nэкстр = w/М = 7,28/377,8 = 0,019

N = nф + nэкстр = 0.981 + 0.019 = 1,0

χ’ф = nф/N = 0,981

χ’экстр = nэкстр/N = 0,019

Рн = рф* χ’ф + рэкстр* χ’экстр

Так как экстракт очень тяжелый, то будем считать, что он не испаряется и поэтому считаем рэкстр ≈ 0.

Рн = рф* χ’ф = 161 кПа, зная χ’ф находим рф = 164 кПа

Этому давлению насыщенного пара фенола соответствует t = 200С

Тепловой баланс Таблица 4

* - при 15С

** - плотность паров.

Циркуляционное орошение = Qпр - Qух = 84905453,21 кДж/ч

Диаметр колонны D=4 м

Высота колонны Н складывается из высоты:

высоты верхнего днища h1 = 0,2*D =0,8 м

высоты рабочей зоны h2 = 0,5*(n – 1) = 11,5 м

высоты нижнего днища h3 = 0,2*D = 0,8 м

H = h1 + h2 + h3 = 12,14 м

2.3. РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННИКА

Теплообменник нагрева сырья экстрактом, выходящим из экстрактной отпарной колонны 22 (см. схему), имеющим tн2 = 300С. Температура сырья на входе в теплообменник tн1 = 25С, а на выходе tк1 = 90С

Плотность сырья ρ15 =0,931 Плотность экстракта ρ15 =0,9569

Энтальпия сырья при температуре выхода из теплообменника qк1 =174,0 кДж/кг

Энтальпия сырья при температуре ввода в теплообменник qн1 = 57,2 кДж/кг

Энтальпия экстракта при температуре ввода в теплообменник qн2= 675,9 кДж/кг

Найдем температуру экстракта на выходе из теплообменника tк2:

Q = Gэ*(qн2 – qк2) = Gс*(qк1 – qн1)

Gс = 52696,1 кг/ч Gэ = 14227,94 кг/ч

14227,94*(675,9 - qк2) = 52696,1*(1740,0 - 57,2)

Решив это уравнение находим энтальпию потока экстракта на выходе из теплообменника qк2 = 243,31 кДж/кг и соответствующая ей tк2 = 128С

Средний перепад температур:

300С → 118С ∆tб = 210С

90С ← 25С ∆tм = 109С

Отношение ∆tб/∆tм = 210/109 = 1,9 < 2, значит

∆tб + ∆tм

τср = - ------------------ - = 159,5С

Поверхность теплообмена F:

F = Q/ K* τср = 643,145 м^2

где Q = 52696,1*(174,0 – 57,2) = 6154904,5 кДж/кг – количество тепла, предаваемое экстрактом потоку сырья; К =60 – коэф. Теплопередачи.

Выбираем кожухотрубчатый теплообменник ТК по ГОСТ 14246-79

F = 693 м^2; Lтруб = 6000 мм; Dтруб =20 мм; Число ходов по трубам 4.

2.4. РАСЧЕТ ТРУБЧАТОЙ ПЕЧИ

Определяем характерный состав топлива:

Определяем низшую теплоту сгорания топлива (в кДж/м^3) по формуле: Qр

Qр = 360,33*СН4 + 631,8*С2Н6 + 913,8*С3Н8 + 1195*нС4Н10

где СН4, С2Н6 – содержание компонентов в топливе,% об:

Qр = 35501,89 кДж/м^3

ρо = 0,8 кг/м^3

Qр = 44180,13 кДж/кг

Определяем элементарный состав топлива в массовых процентах:

Содержание углерода = 73,29%масс

Содержание водорода = 24,24%масс

Содержание кислорода = 0,59%масс

Содержание азота = 1,88%масс

Проверка С + Н + О + N = 100%масс

Определяем теоретическое количество воздуха, необходимое для сжигания 1 кг воздуха: Lо

Lо = (0,0267*С + 0,08*Н + 0,01*(S – О)) /0,23

Lо = 16,91 кг/кг

Принимаем коэффициент избытка воздуха а = 1,05

Определяем действительное количество воздуха: Lд

Lд = а* Lо

Lд = 17,76 кг/кг

Определяем действительное количество продуктов сгорания, образующихся при сжигании 1 кг топлива:

mСО2 = 0,0367*С

mН2О = 0,09*Н

mО2 = 0,23*Lо*(а – 1)

mN2 = 0,77* Lо*а + 0,01*N

количество СО2, образующееся при сгорании 1 кг топлива: 2,69 кг/кг

количество Н2О, образующееся при сгорании 1 кг топлива: 2,18 кг/кг

количество О2, образующееся при сгорании 1 кг топлива: 0,19 кг/кг

количество N2, образующееся при сгорании 1 кг топлива: 13,69 кг/кг

Определяем количество продуктов сгорания: dm

dm = 18.76 кг/кг

Проверка dm = 1 + а*Lо dm = 18,76 кг/кг

Находим объемное количество продуктов сгорания (в м^3) на 1кг топлива (при нормальных условиях):

V СО2 = 1,37 м^3/кг

V Н2О = 2,71 м^3/кг

V О2 = 0,14 м^3/кг

V N2 = 10,95 м^3/кг

Определяем суммарный объем продуктов сгорания:

dV = 15,71 м^3/кг

Определяем плотность продуктов сгорания при 273 К и 0,1*10^5 Па:

Ρо = 1,24 кг/ м^3

Определяем энтальпию продуктов сгорания на 1 кг топлива при различных температурах:

По данным этой таблицы строим график Q – T.

График зависимости температура - энтальпия

К.П.Д. печи, ее тепловая нагрузка и расхода топлива: