Готовый курсовой проект, страница 3

Определим коэффициент диффузии смеси жидкостей для верхней и нижней части колонны по формуле:

м²/с;

м²/с.

По диаграмме «Равновесное состояние жидкости и пара» определяем коэффициенты распределения нижней и верхней частей колонны:

Через x_н, x_в определяем углы α и β соответственно (приложение 2).

Определяем число единиц переноса графическим методом интегрирования для нижней и верхней части колонны:

y_w=x_w=0.06

y_D=x_D=0.8

По данным таблицы строим график зависимости и определяем площадь под графиком с помощью метода трапеций для нижней и верхней части колонны, равную числу единиц переноса (приложение 4):

n_0yн=3.029

n_0yв=5.51

Определим высоту единиц переноса с помощью сведущих формул:

а) критерий Рейнольдса для пара и жидкости в верхней и нижней части колонны:

б) критерий Прандтля для пара и жидкости в верхней и нижней части колонны:

в) приведенная толщина жидкой пленки для верхней и нижней части колонны:

г) высота единиц переноса в газовой фазе для верхней и нижней части колонны:

м

м

д) высота единиц переноса в жидкой фазе для верхней и нижней части колонны:

м

м

Тогда высота единиц переноса равна:

м

м

Определим высоту слоя насадки по формуле:

Тогда общую высоту аппарата определим по формуле:

2.4 Ориентировочный расчет теплообменников

Произведем ориентировочные расчеты пяти теплообменников: куба- испарителя, подогревателя, дефлегматора и двух холодильников (дистиллята и кубового остатка).

2.4.1 Куб-испаритель

Исходные данные: Q_k=3924.32кВт, t_w=71^ْC

Δt=t_гп-t_w

Пусть Δt=30^ْC, тогда:

t_гп= Δt+ t_w=101^ْC,

при t_гп= 101^ْC,

p_гп=1.0728кгс/см², r_гп=2257.6 кДж/кг

пусть коэффициент теплопередачи К_ор=800Вт/(м^2.К)

Определим поверхность теплообмена по формуле:

м²

По ориентировочной поверхности теплообмена выбираем стандартный куб-испаритель с внутренним диаметром кожуха D=1000 мм, числом труб n=747, с поверхностью теплообмена F=176 м² и длиной труб l=3м.

2.4.2 Подогреватель

Исходные данные: кг/с, x_F=0.48, t_F=58.4 ^ْC, t_нач=20 ^ْC, .

Определим среднюю температуру:

Δt_м=t_гп-t_F=101-58.4=42.6 ^ْC

Δt_б=t_гп-t_нач=101-20=81 ^ْC

^ْC

t_ср=t_гп- Δt_ср=41.23 ^ْC

Определим вязкость смеси:

мПа^.с

мПа^.с

мПа^.с

Определим теплоемкость смеси:

Определим количество теплоты в подогревателе:

Вт

Пусть К_ор=300Вт/(м^2.К), тогда

м²

м

м

0.01161<S_тр<0.0232

Исходя из сделанных расчетов можем выбрать стандартный четырехходовой подогреватель с внутренним диаметром кожуха D=600 мм, числом труб n=334, длиной труб l=3м, проходным сечением одного хода S_т=1.6^.10^-2м и числом рядов труб n_р=18.

Определим расход греющего пара по формуле:

кмоль/с

2.4.3 Дефлегматор

Исходные данные: Q_D=3703,486 кВт, t_D=56 ^ْC, t_внач=15 ^ْC, t_вкон=40 ^ْC

Определим среднюю температуру:

Δt_м=t_D-t_вкон=16 ^ْC

Δt_б=t_D-t_внач=41 ^ْC

^ْC

t_ср=t_D- Δt_ср=29.32 ^ْC

Определим теплофизические свойства воды при t_ср=29.32 ^ْC:

• λ =0.6167Вт/(м^.К)

• μ=0.8125 мПа^.с

• ρ=996.14кг/м³

• β=3.12^.10^-4 1/К

• с=4189Дж/кгК

Пусть К_ор=500Вт/(м^2.К), тогда

м²

кг/с

м

м

0.03<S_тр<0.07

Исходя из сделанных расчетов выбираем: стандартный четырехходовой дефлегматор 20^x2 с внутренним диаметром кожуха D=1000 мм, числом труб n=1072, длиной труб l=4м, проходным сечением одного хода S_т=5.1^.10^-2м, числом рядов труб n_р=34 и стандартный шестиходовой дефлегматор 25^x2 с внутренним диаметром кожуха D=1200 мм, числом труб n=958, длиной труб l=4м, проходным сечением одного хода S_т=5.2^.10^-2м, числом рядов труб n_р=32.

2.4.4 Холодильник дистиллята

Исходные данные: кг/с, t_D=56 ^ْC, t_вкон=25 ^ْC, t_внач=15 ^ْC, t_1кон=25 ^ْC.

Определим среднюю температуру:

Δt₁=t_D-t_вкон=31 ^ْC

Δt₂=t_1кон-t_внач=10 ^ْC

δt₁=t_D-t_1кон=31 ^ْC

δt₂=t_вкон-t_внач=10^ْC

^ْC

^ْC

так как δt₁>δt₂, то

^ْC

Определим теплофизические свойства воды при t_срв=20 ^ْC:

• с=4190Дж/кгК

• μ=1.005 мПа^.с

t_1ср=t_вср+ Δt_ср=20+15.03=35.03 ^ْC

Определим теплоемкость дистиллята при t_1ср:

Вт

кг/с

Пусть К_ор=300Вт/(м^2.К), тогда

м²

м

м

0.0034<S_тр<0.0068

Определим вязкость смеси при t_1ср=35.03 ^ْC

мПа^.с

мПа^.с

мПа^.с

м

м

0.013<S_мтр<0.039

Исходя из сделанных расчетов можем выбрать стандартный четырехходовой холодильник c 25^x2 внутренним диаметром кожуха D=600 мм, числом труб n=206, длиной труб l=2м,с расстоянием между перегородками в межтрубном пространстве h=300мм, проходным сечением одного хода S_т=1.8^.10^-2м и числом рядов труб n_р=14.

2.4.5 Холодильник кубового остатка.

Исходные данные: кг/с, t_w=56 ^ْC, t_вкон=25 ^ْC, t_внач=15 ^ْC, t_1кон=25 ^ْC.

Определим среднюю температуру:

Δt₁=t_w-t_вкон=71-25=46 ^ْC

Δt₂=t_1кон-t_внач=25-15=10 ^ْC

δt₁=t_w-t_1кон=71-25=46 ^ْC

δt₂=t_вкон-t_внач=25-15=10^ْC

^ْC

^ْC

так как δt₁>δt₂, то

^ْC

Определим теплофизические свойства воды при t_срв=20 ^ْC:

• с=4190Дж/кгК

• μ=1.005 мПа^.с

t_1ср=t_вср+ Δt_ср=20+19.24=39.24 ^ْC

Определим теплоемкость дистиллята при t_1ср:

Вт

кг/с

Пусть К_ор=300Вт/(м^2.К), тогда

м²

м

м

0.003<S_тр<0.006

Определим вязкость смеси при t_1ср=39.24 ^ْC

мПа^.с

мПа^.с

мПа^.с

м

м

0.0073< S_мтр<0.022

Исходя из сделанных расчетов можем выбрать стандартный двухходовой холодильник 20^x2 c внутренним диаметром кожуха D=400 мм, числом труб n=166, длиной труб l=3м, с расстоянием между перегородками в межтрубном пространстве h=250мм, проходным сечением одного хода S_т=1.7^.10^-2м и числом рядов труб n_р=14.

2.5. Подробный расчет дефлегматора.

В данном разделе подробно рассчитаем один из теплообменников – дефлегматор, выбранный в ориентировочном расчете.

Дефлегматор- аппарат, предназначенный для конденсации паров и подачи флегмы в колонну, представляет собой кожухотрубчатый теплообменник, в межтрубном пространстве, которого обычно конденсируется пары, а в трубах движется охлаждающий агент – вода.

В качестве хладагента используем воду среднего качества со средним значением тепловой проводимости загрязнений стенок , а тепловая проводимость загрязнений стенок органическими парами .

Толщину слоя загрязнения примем равной 2мм. В качестве материала труб выберем нержавеющую сталь с коэффициентом теплопроводности .

Тогда термическое сопротивление загрязнений труб

Расчет коэффициентов теплоотдачи.

Исходные данные: , t_D=56 ^ْC, t_2ср=29.32 ^ْC, , дефлегматор с внутренним диаметром кожуха D=1000 мм, числом труб n=1072, длиной труб l=4м, проходным сечением одного хода S_т=5.1^.10^-2м и числом рядов труб n_р=34, в среднем по 31-32 трубе в ряду.

1.Задаемся температурой стенки ^ْC

Тогда

Δt=t_D-t_ст1=56-45=11 ^ْC

t_пл=(t_кон+t_ст1)/2=(56+45)/2=50.5 ^ْC

Далее необходимо определить поверхностные плотности теплового потока и сопоставить их, если разница между ними будет меньше 5 %, то можно считать, что процесс установившийся и температура стенки подобранна правильно.

,

где - коэффициенты теплоотдачи от стенки 1 и 2;

,

где =0,55- множитель, учитывающий влияние числа труб по вертикали;

теплопроводность смеси, Вт/(м^.К);

-плотность смеси, кг/м³;