2. Описание конструкции аппарата и обоснование его выбора

В данной работе рассчитываем конструкцию горизонтального кожухотрубчатого подогревателя при производстве толуола.

Кожухотрубчатый горизонтальный двухходовой теплообменник с неподвижными трубными решетками состоит из цилиндрического корпуса, который с двух сторон ограничен приваренными к нему трубными решетками с закрепленными в них греющими трубами. Пучок труб делит весь объем корпуса теплообменника на трубное пространство, заключенное внутри греющих труб, и межтрубное. К корпусу прикреплены с помощью болтового соединения два днища. Для ввода и вывода теплоносителя и хладоагента корпус и днища имеют патрубки. Вода вводится в трубное пространство, проходит по трубкам и выходит из теплообменника через патрубок в верхнем днище. Жидкость направляется в межтрубное пространство теплообменника, омывает снаружи трубы и выводится из корпуса теплообменника через патрубок.

Горизонтальные кожухотрубчатые теплообменники применяются тогда, когда нет ограничений по занимаемому аппаратом месту. В горизонтальных кожухотрубчатых теплообменниках загрязненная вода проходит по трубному пространству, которое значительно проще очистить, чем межтрубное пространство. Еще одно достоинство горизонтального аппарата в том, что он намного легче в обслуживании, чем вертикальный.

3. Расчёт температуры кипения и состава фаз.

Молярная массы компонентов: бензола М₁=78,11кг/кмоль, толуола М₂=92,13кг/кмоль.

Пересчёт из мольных долей в массовые:

х1=0,04/78,11/(0,04/78,11+0,96/92,13)=0,047

х2=0,96/92,13/(0,04/78,11+0,96/92,13)=0,953

температура начала кипения смеси производится по уравнению изотермы жидкой фазы:

При 100°С давление насыщенных паров компонентов равно Р₁=178089 Па, Р₂=74303,8 Па.

Рабочее давление в пространстве кипящей флегмы Р_общ=98100 Па.

Тогда 178089·0,047/98100+74303,8·0,953/98100=0,807

При 110°С Р₁= 298325 Па, Р₂=129701 Па.

1,4029

Построив вспомогательный график, находим температуру начала кипения Т_нк=103,3 °С.

Температура кипения смеси Т_w определяется по уравнению изотермы парожидкостной фазы:

Рассчитываем константы фазового равновесия компонентов при температуре T=100

m₁=1,8154 m₂=0,7574.

При заданной доле отгона е=0,5

При 110°С m₁=3,041; m₂=1,322.

Отсюда температура кипения Т_w=104,3

Средняя температура кипения определяется как среднее арифметическое:

Т_ср= (Т_w+ Т_нк)/2=103,8С.

Давление насыщенных паров компонентов при средней температуре кипения равно 223778,68 Па и 83857,1 Па для бензола и толуола соответственно. Константы фазового равновесия компонентов при этой температуре m₁=2,2811 и m₂=0,9719.

Состав части жидкой смеси, выходящей из кипятильника:

x_w1=0,047/(1+0,5(2,2811-1))=0,028

x_w2=0,953/(1+0,5(0,9719-1))=0,972

Мольные доли паров, уходящих из кипятильника в колонну, рассчитываются по формуле:

У_i=m_i·x_wi

y₁=2,2811·0,028=0,065

y₂=0,9719·0,972=0,953

Молярные массы паровой фазы M_G и флегмы примем равными молярной массе толуола, поскольку

Массовый расход выходящей из кипятильника паровой фазы:

Ḡ=ḡ·e·M_G/M_g=10200·0,5·91,59/91,52=5104 кг/ч.