3. Расчет тепловой нагрузки.

Из уравнения материального баланса ректификационной колонны найдем массовый расход дистиллята (G_D):

G_F=G_D+G_W,

G_F·x_F=G_D·x_D+G_W·x_W

где

G_F, G_D, G_W – массовые или мольные расходы питания, дистиллята и кубового остатка, кг/ч или кг/c;

x_F, x_D, x_W - содержание легколетучего (низкокипящего) компонента в питании, дистилляте и кубовом остатке массовые или мольные доли.

В исходной смеси легколетучим (низкокипящим) компонентом является бензол, так как температура кипения бензола равна 80,2ºС, а температура кипения толуола равна 110,8ºС по табл.XLIV стр. 541 [2].

Значит:

8000=G_D+G_W,

8000·0.3=0,97·G_D+0.03·G_W

Получим, что G_D=2297,8кг/ч или 0,63 кг/с.

Расход паров бензола определяется по формуле:

G_П=G_D+G_Ф,

где

G_П, G_D, G_Ф – массовые или мольные расходы паров бензола, дистиллята, флегмы, кг/c.

где

R – флегмовое число. По условию задания R=3.Найдем массовый расход флегмы:

G_Ф=R·G_D=3·0,63=1,89 кг/с,

тогда G_П=0,63 +1,89 =2,52 кг/c.

Тепловая нагрузка аппарата равна:

Q=G_П·r,

где

r – удельная теплота конденсации паров, Дж/кг;

G_П – расход паров бензола, кг/c.

Для паров бензола при t_конд.=80,2°С r=393,7035 кДж/кг по табл.XLV стр. 541 [2].

Q=2,52 ·393703,5=992132,8Вт

3. Определение расхода воды:

Принимаем, что в межтрубном пространстве будут конденсироваться пары бензола в результате теплообмена с холодной водой, проходящей по трубам.

Для межтрубного пространства введем индекс «1», а для трубного – «2».

Из уравнения теплового баланса найдем расход воды:

Q₁=Q₂,

где

Q₁=G₁·r – это тепло, которое выделяется при конденсации паров бензола, Вт;

Q₂=G₂·c₂·(t_2н-t_2к) – это тепло, которое отнимает вода при конденсации паров бензола, Вт.

G₂ - расход воды, кг/c;

t_2н - начальная температура воды, ºС;

t_2к - конечная температура воды, ºС. По условию задания t_2н=15ºС, t_2к=30ºС;

t_ср - средняя температура воды, t_ср=22,5ºС;

с₂ – теплоемкость воды при t_ср=22,5ºС, Дж/кг·К.

По таблице XXXIX cтр. 537 [2] с₂=4187,5 Дж/кг·К.

Тогда расход воды определим по формуле:

G₂=______Q_{1 _________}

C₂(t_2H-t_2K)

G₂ =15,79кг/c.

5. Определение средней разности температур.

Температурная схема процесса теплопередачи между конденсированными парами бензола и водой представлена на рис.2:

t

80,2ºС 80,2ºС

30,0ºС

15,0ºC

F F(l)

Рис.2

80,2 ⁰С 80,2 ⁰С

15,0 ⁰С 30,0 ⁰С

Δt_б= 65,2 ⁰С Δt_м= 50,2 ⁰С

Средняя разность температур:

Δt_б/Δt_м =65,2/50,2=1,3 ≤ 2 ,то

Δt_ср=(∆t_б+∆t_м)/2

Δt_ср= 57,7 ⁰С

6.Ориентировочный выбор теплообменника.

В соответствии с таблицей 4.8 стр. 172 [4] примем К_ор=600 Вт/(м²·К) для вида теплообмена: «от конденсирующего пара органических веществ к воде при вынужденном движении».

Ориентировочное значение поверхности теплообмена определяется по формуле:

где

Q₁ – тепловая нагрузка аппарата, Вт;

К_ор – ориентировочное значение коэффициента теплопередачи, Вт/(м²·К);

Δt_ср - средняя разность температур, К.

F_op= 992132,82

600˖57,7

F_ор=28,65м²

Задаваясь числом Re₂=10000, определим соотношение n/z теплообменника из труб диаметром d_н=25x2мм:

где

n - общее число труб;

z - число ходов по трубному пространству;

d - внутренний диаметр труб, м.

G₂ – расход воды, кг/c;

μ₂ – динамический коэффициент вязкости воды при средней температуре t_ср=22,5ºС, Па·с. По табл.XXXIX стр. 537 [2] μ₂=951·10^-6 Па·с;

Re₂ – критерий Рейнольдса для воды.

n = ________4ˑ15,79__________

z 3,14ˑ0,021ˑ951ˑ10^-6ˑ10⁴

n/z=101