4. Тепловой баланс колонны

По фазовой диаграмме находим температуру кипения исходной смеси:

t_f=104 ⁰C (x_f=0.52).

Температура кипения дистиллята:

t_d=100.6 ⁰C (x_d=0.9).

Температура кипения остатка:

t_w=115.4 ⁰C (x_w=0.048).

Количество тепла вносимое начальной смесью:

;

.

С_к – удельная теплоёмкость уксусной кислоты,ккал/(кг⁰С);

С_в – удельная теплоёмкость воды, ккал/(кг⁰С).

Теплота вносимая флегмой:

;

ккал/с =1729 кДж/с.

Количество тепла вносимое в колонну греющим паром:

;

где i, i_к – энтальпии водяного пара и его конденсата при атмосферном давлении, i=634.8ккал/кг = 2658 кДж/кг, i_к= 89,03 ккал/кг = 372,8 кДж/кг;

D – расход греющего пара.

Тепло уносимое парами, поднимающимися с верхней тарелки в дефлегматор:

;

, кДж/с;

Тепло уносимое кубовыми остатками:

;

, кДж/с;

Тепло затрачивается на подогрев исходной смеси от первоначальной температуры 50 ⁰С до температуры кипения 104 ⁰С.

.

Удельная теплоёмкость исходной смеси С_f берётся по средней температуре:

, ⁰С;

, кДж/с.

Уравнение теплового баланса для колонны:

, кДж/с.

Расход греющего пара с учётом 10% потерь в окружающую среду

, кг/с.

Статьи баланса	Обозначение	кДж/ч	%
Приход тепла: Со свежей смесью С флегмой С паром Итого	Q1 Q2 Q3	6995520 6224400 14680080 27900000	26 22 52 100
Расход тепла В дефлегматоре С кубовым остатком В окружающую среду итого	Q4 Q5 Q6	17215200 6595200 4089600 27900000	62 24 14 100

5. Расчёт дефлегматора колонны

Дефлегматор предназначен для конденсации паров низкокипящего компонента. Конструктивно выполняется в виде вертикальных или горизонтальных кожухотрубных теплообменников. В данном курсовом проекте выбираем вертикальный кожухотрубный теплообменник.

Приход тепла с паром:

, кДж/с.

Приход тепла с водой:

, кДж/с.

Расход тепла с дистилянтом:

, кДж/с.

Расход тепла с водой:

, кДж/с.

Расход тепла в окружающую среду:

, кДж/с.

Тепло, отдаваемое воде:

, кДж/с.

6. Тепловой и конструкивный расчёт дефлегматора

Температура кипения дистиллята 100,6 ⁰С при атмосферном давлении. Определим среднюю разность температур между конденсирующимся паром смеси и охлаждающей водой. Большая разность температур Dt_б=100,6-5=95,6 ⁰С, а меньшая разность температур Dt_м=100,6-80=20,6 ⁰С. Температурный напор определяем как среднюю логарифмическую разность температур:

, ⁰С.

Средняя температура охлаждающей воды:

, ⁰С.

Первое приближение:

Определим режим движения воды в трубах. Для этого рассчитываем какое количество труб диаметром 32/38 мм потребуется на один ход в трубном пространстве при турбулентном движении воды. Скорости движения теплоносителей из опыта эксплуатации принимают для жидкостей от 0,5 до 5 м/с. Принимаюw=5 м/с.

;

;

Тепловая нагрузка конденсатора:

кВт,

кг/с.

Число Нуссельта для охлаждающей воды:

.

Для нагревающихся жидкостей можно принимать =1. При средней температуре охлаждающей воды 51,7 ⁰С, n=0,55610^-6 м²/с, Pr=3,54.

Найдём коэффициент теплоотдачи при конденсации паров дистиллята, поднимающихся с последней тарелки. При конденсации на горизонтальной трубе:

Вт/(м²К).

где ⁰C/

Коэффициент теплопередачи:

Вт/(м²К).

Определяем площадь поверхности теплообмена:

м².

Определяем число труб в теплообменнике:

.

Выбираем стандартный теплообменник с разбивкой труб по шестиугольникам n=91, при числе труб по диагонали n_д=11.

Проверяем скорость движения воды в трубах:

м/с.

Второе приближение:

Принимаю w=2,5 м/с, трубы диаметром 32/38 мм, число труб n=91.

Расход охлаждающей воды:

кг/с;

Тепловая нагрузка конденсатора:

кВт.

Температура охлаждающей воды на выходе из теплообменника:

⁰С.

Температура кипения дистиллята 100,6 ⁰С при атмосферном давлении. Определим среднюю разность температур между конденсирующимся паром смеси и охлаждающей водой. Большая разность температур Dt_б=100,6-5=95,6 ⁰С, а меньшая разность температур Dt_м=100,6-11=89,6 ⁰С. Температурный напор определяем как среднюю логарифмическую разность температур:

, ⁰С.

Средняя температура охлаждающей воды:

, ⁰С.

Число Рейнольдса:

.

Число Нуссельта для охлаждающей воды:

.

Вт/(м²К).

Принимаю =1. При средней температуре охлаждающей воды 8 ⁰С, n=1,30610^-6 м²/с, Pr=9,52.

Найдём коэффициент теплоотдачи при конденсации паров дистиллята, поднимающихся с последней тарелки. При конденсации на горизонтальной трубе:

Вт/(м²К).

Уточняем температуру стенки:

;

Коэффициенттеплопередачи:

Вт/(м²К).

Определяем площадь поверхности теплообмена:

м².

Определяем длину труб в теплообменнике:

м.

Выбираем стандартный теплообменник с разбивкой труб по шестиугольникам n=91, при числе труб по диагонали n_д=11.

Находим диаметр корпуса:

мм.

Принимаем одноходовой горизонтальный кожухотрубныйтеплообменник. Диаметр корпусаD=620 мм, n=91,длина труб ℓ=3,4м.