123357 (Модернизация основного оборудования блока регенерации растворителя на установке депарафинизации масел), страница 3

(3.10.)

где =516,1 кДж/кг – удельная теплота конденсации ацетона при Т=56˚С ;

кДж/кг – удельная теплота конденсации воды при Т=56˚С.

= 0,94∙516,1+(1-0,94)∙2351,5=626,2 кДж/кг

Q_D = 0,4∙(1+0,63)∙626,2∙10³ = 408282,4 Вт

Расход тепла, получаемого в кубе - испарителе от греющего пара.

Qк = Q_D + G_D∙C_D∙ +G_W∙C_W∙t_W- G_W∙C_F∙t_F+Q_ПОТ (3.11.)

где Q_пот≈ 0,03∙Q_К – тепловые потери колонны в окружающую среду.

Q_К =1,03∙(408282,4+0,4∙2346,4∙56+0,6∙4190∙99-1∙3268,2∙65)=497294,76 Вт

Расход тепла в паровом подогревателе исходной смеси :

Q = 1,05∙G_F∙C_F∙(t_F - t_пар) (3.12.)

Q = 1,05∙1∙3226,3∙(65-25)=135504,6 Вт

Расход тепла, отдаваемого охлаждающей воде в водяном холодильнике дистилляте

Q = G_W∙C_W∙(t_w-t_кон)(3.13.)

Q = 0,6∙4190∙(99-25)=186036 Вт

Расход греющего пара, имеющего Рабс=0,3 МПа

а) в кубе - испарителя

= , (3.14)

где =2141∙10^{3 -} удельная теплота конденсации греющего пара.

=

в) в подогревателе исходной смеси

=

Всего 0,24+0,07 = 0,31 кг/с = 1116 кг/ч

Расход охлаждающей воды при нагреве ее на 20˚С

а) в дефлегматоре

(3.15)

б) в водяном холодильнике дистиллята

в) кубовый остаток (вода) не охлаждается, а сливается в ПЛК.

Всего 0,005+0,0004=0,0054 = 19,44 м³/ч

3.1.6 Определение диаметра колонны

Диаметр колонны определяется по формуле :

D = , (3.16)

где V – объемный расход проходящего по колонне пара, м³/с,

ω – скорость пара,

Объемный расход проходящего по колонне пара определяется по формуле :

, (3.17)

где ˚С = 350,65К – средняя температура в колонне.

Средние концентрации жидкости :

а) в верхней части колонны :

б) в нижней части колонны :

Средние концентрации пара находим по уравнениям рабочих линий :

а) в верхней части колонны :

б) в нижний части колонны :

Средние температуры пара определяем по диаграмме t- x,y :

а) при ˚С

б) при ˚C

Средние мольные массы и плотности пара :

а)

кг/кмоль

б)

ρ

Плотность воды и ацетона в жидком состоянии приблизительно равны. Температура в верху колонны при равняется 56˚С, а в кубе - испаряется при равняется 99˚С.

Плотность жидкого ацетона при 56˚С = 750,4 , воды при 99˚С приблизительно равна кг/м³ . Принимаем среднюю плотность жидкости в колонне

= кг/м³

Скорость пара определяем по формуле : (3.18)

где С = 0,058 – коэффициент [6].

ω = 0,058

Тогда D = м

Принимаем D = 0,5 м

Определим диаметр штуцера вывода паров по формуле :

d = d = м

Принимаем диаметр штуцера вывода паров d = 0,05 м

3.1.7 Расчет высоты колонны

Высоту колонны определяем по формуле :

Н= Н_С+Н_К+Н_Т, где (3.19)

Н_С = 1000 мм – высота сепарационного пространства [6].

Н_К = 1700 мм – высота кубовой части

Н_Т - высота тарельчатой части

Высоту тарельчатой части определяем по формуле:

Н_Т= (n-1)∙h, (3.20)

где h^’ = 0,5 м и h^” =0,3 –расстояние между тарелками

H^’_T = (14-1)∙0,3= 3,9м ; H^”_T = (6-1)∙0,5= 2,5м ; Н_Т = H^’_T+ H^”_T=3,9+2,5=6,4м

Тогда Н=6,4+1+1,7=9,5м

3.1.8 Расчет гидравлического сопротивления тарелок

Гидравлическое сопротивление тарелок колонны определяется по формуле :

, (3.21.)

где - полное гидравлическое сопротивление одной тарелки, ;

n = 19 шт – число тарелок в колонне.

Полное гидравлическое сопротивление одной тарелки определяется по формуле :

(3.22.)

где - гидравлическое сопротивление одной тарелки, ;

- гидравлическое сопротивление газожидкостного слоя, ;

- гидравлическое сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения, .

Гидравлическое сопротивление сухой тарелки определяется по формуле :

, (3.23.)

где = 4,5 - коэффициент[6];

- скорость пара в патрубке колпачка, м/с

Скорость пара в патрубке колпачка определяется по формуле :

= (3.24.)

=4,5∙

Гидравлическое сопротивление газожидкостного слоя на тарелке определяется по формуле : =g∙ _∙h_o , (3.25.)

где h_o= 0,075м – высота светлого слоя жидкости на тарелке.

= 9,81∙875∙0,075=644

Гидравлическое сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения, определяем по формуле :

(3.26.)

где σ = 39,6 ∙ 10^-3 Н\м – поверхностное натяжение жидкости при средней температуре в колонне 77,5˚С.

d_Э = 0,07 м – диаметр патрубка колпачка.

=913,6+644+2,26=1559,86

Тогда

= 1559,86∙19 = 29637,34 ≈0,029 М

3.1.9 Расчет брызгоуноса жидкости

Расчетная схема приведена на рисунке 3.4

Относительный брызгоунос определяется по формуле:

; (3.27.)

где σ =39,6·10^-3 Н/м –поверхность натяжения жидкости;

ω = 1,36 м/с –скорость пара в рабочем сечении аппарата;

h_т=0,3 м –расстояние между тарелками;

R₁=23·10^-5 –коэффициент [9];

n₁=1,16 –показатель степени [9];

h_пн= высота пены на тарелке ;

Высота пены определяется по формуле:

; (3.28.)

R₂=0,23 –коэффициент [9];

R₃=4,4·10^-2 –коэффициент [9];

R₄=4,6 –коэффициент [9];

ρ=1,61 кг/м³ –плотность пара;

h_сл – высота подпора жидкости над сливным порогом;

h_пор – высота сливного порога на тарелке;

Высоту подпора жидкости над сливным порогом определяем по формуле:

; (3.29.)

где , – действительный расход жидкости,протекающий через переливное устройство;

ρ_ж=854,6 кг/м³ – средняя плотность жидкости в колонне;

G_ж=5040 кг/ч –нагрузка по жидкости;

Тогда:

;

П=0,4м – периметр слива [9];

Тогда:

;

Высота сливного порога определяется по формуле:

h_пор= h_г.б- h_сл+ h_пр+ h_у ; (3.30.)

где h_сл – высота глубины барботажа , м ;

h_пр – высота прорези в колпачке , м ;

h_у – высота установки колпачка , м ;

Высота глубины барботажа определяется по формуле :

; (3.31.)

где Р=0,12 МПа –абсолютное давление в аппарате;

Тогда:

;

Высота открытия прорези в колпачке определяется по формуле:

; (3.32.)

где m = 11 – количество колпачков на тарелке ;

z = 16 – количество прорезей в колпачке ;

в = 0,004 – расчетная ширина прорези ;

;

Тогда:

h_пор= 0,049-0,017+0,021+0=0,07 м

Тогда:

;

;

y=0,035 кг⁄кг ‹ [y]=0,1 кг⁄кг [9] , следовательно брызгоунос жидкости в пределах нормы .

3.1.10 Расчет переливного устройства

Расчет переливного устройства сводится к выполнению условия:

а)

; (3.33.)

где F_пер=0,045 м² – площадь перелива тарелки [9] ;

L_m = 5040 кг/кг= 1,4 кг/с – массовый расход жидкости ;

ρ_ж = 854,6 кг/м³ – средняя плотность жидкости в аппарате ;

H_мт=0,3 м – расстояние между тарелками ;

R₁ = 0,25 – коэффициент [9];

R₂= 0,65 – коэффициент [9];

Тогда :

;

Условие выполняется.

б)

; (3.34.)

где l_пер = 0,4 м – периметр слива тарелки ;

Q = 0,035 м – зазор между основанием тарелки и нижней крышкой сливного стакана.

;

Условие выполняется.

Работа переливного устройства обеспечивается.

3.1.11 Определение толщины тепловой изоляции

Рассчитаем толщину теплоизоляции по формуле :

где

-температура изоляционного материала со стороны колонны, ˚С

-температура изоляционного материала со стороны окружающей среды, ˚С

- температура окружающего воздуха, ˚С

= 0,09 – теплопроводность изоляционного материала, Вт/м²

= 9,3∙0,058∙ - коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности теплоизоляции в окружающую среду, Вт/м²∙К

= 9,3∙0,058∙35=18,8 Вт/м²∙К

= ; (3.35.)

= ;

Толщина теплоизоляции = 0,055м

3.2.Технологический расчет теплообменника

3.2.1 Целью расчета является определение основных размеров теплообменника

3.2.2 Исходные данные для расчета

Расход обводненного растворителя Gp = 1кг/с ;

Начальная температура обводненного растворителя : t_1н= 15˚С;

Конечная температура обводненного растворителя : t1к = 65˚С

Нагрев осуществляется насыщенным паром, давлением р=0,1 МПа, с температурой t_2н = 99,1˚С.

3.2.3 Расчет ведем согласно [6]

Расчетная схема теплообменника показана на рисунке 3.3.

3.2.4 Схема распределения температур в теплообменнике

Qn = 99,1˚C ↔ Qn = 99,1˚C

t_1н = 15˚C → t_1кон = 65˚C

˚C ˚C

Средний температурный напор при противотоке :

; ˚С

3.2.5 Определение тепловой нагрузки

Q=G_P∙C_P∙(t_1k-t_1н), (3.35.)

где С_Р =3268,2 Дж/кг∙К – теплоемкость обводненного растворителя

Q=1∙3268,2∙(65-15) = 163410 Вт

3.2.6 Выбор теплообменника

По рекомендации /6/ принимаем коэффициент теплопередачи от пара к жидкости К_ор = 250 Вт/м²К.

Ориентировочную поверхность теплообменника определяем по формуле :

F_ор= , (3.36.)

где К=250 Вт/м²К – минимальное ориентировочное значение коэффициента теплопередачи.

F =

Принимаем теплообменник типа ТУ имеющий следующие характеристики [6]:

D=325 мм ; =20x2 мм; z=1

F=12,5 м² ; L=2,0м

3.2.7 Уточненный тепловой расчет теплообменника

Скорость движения обводненного растворителя в межтрубном пространстве определяем по формуле :

ω_P = (3.37.)

где м² – площадь проходного сечения по межтрубному пространству

кг/м³ – плотность обводненного растворителя

ω_P = м/с

Критерий Рейнольдса : Re_p = , (3.38.)

где γ = 0,364∙10^-6 м²∙с - кинематическая вязкость обводненного растворителя.

Rе_р

Критерий Прандтля.