2.6 Тепловой баланс колонны

По фазовой диаграмме находим температуру кипения исходной смеси

.

Температура кипения дистиллята

.

Температура кипения остатка

Приход теплоты:

Количество тепла, вносимое начальной смесью

,

где - удельные теплоемкости этилового спирта и воды при , из [4]

.

.

Теплота, вносимая с флегмой

,

где - удельные теплоемкости этилового спирта и воды при , из [4]

.

.

Количество тепла, вносимое в колонну греющим паром

,

где – энтальпии водяного пара и его конденсата при давлении , из [4] ;

– расход греющего пара.

Расход тепла:

Тепло, уносимое парами, поднимающимися с верхней тарелки в дефлегматор

,

где - скрытая удельная теплота парообразования бензола и толуола при , по [4] .

.

Тепло, уносимое кубовыми остатками

,

где - удельные теплоемкости этилового спирта и воды при , из [4]

.

.

Потери в окружающую среду принимаем от всех потерь теплоты.

.

Уравнение теплового баланса для колонны

.

Расход греющего пара

.

Сведем тепловой баланс колонны в таблицу 2.2.

Таблица 2.2

Статьи баланса	Обозначение	кВт	%
со свежей смесью		550,6	24
с флегмой		235,5	11
с паром		1459	65
ИТОГО		2245,1	100
в дефлегматор		1667,2	74
с кубовыми остатками		555,2	25
в окружающую среду		22,7	1
ИТОГО		2245,1	100

3. Тепловой и конструктивный расчет теплообменных аппаратов

3.1 Расчет испарителя

Тепловой и конструктивный расчет.

Назначение испарителя – испарить жидкость в куб колонны. Образующийся пар поступает к кипящей тарелке. Испарители выполняются в виде вертикальных кожухотрубных теплообменников. В данном курсовом проекте испаритель вынесен за пределы колонны в качестве самостоятельного теплообменника в целях облегчения его ремонта и замены.

Из теплового баланса колонны необходимое тепло .

С учетом потерь в окружающую среду тепловая нагрузка испарителя

,

где - КПД теплообменников.

.

Температура кипения кубового остатка , температура греющего пара

.

Средний температурный напор

.

Коэффициент теплопередачи определим графоаналитическим методом.

Поверхностная плотность теплового потока от пара к стенке

Температура насыщения . Высоту труб теплообменника принимаем .

Таблица 3.1 – К графику зависимости .

, °С	5	10	15	20	25	30	35	40
, Вт/м2	28167,3	47371,6	64207,7	79669,3	94183,2	107983,9	121218,6	133987,2

Поверхностная плотность теплового потока через стеку трубы (принимаем стальные трубки 23/25 мм, [4], толщиной стенки ).

.

Таблица 3.2 – К графику зависимости .

, °С	5	10	15	20	25	30	35	40
, Вт/м2	232500	465000	697500	930000	1162500	1395000	1627500	1860000

Поверхностная плотность теплового потока через накипь (принимаем теплопроводность накипи , толщина слоя накипи ).

.

Таблица 3.3 – К графику зависимости .

, °С	5	10	15	20	25	30	35	40
, Вт/м2	17450	34900	52350	69800	87250	104700	122150	139600

Поверхностная плотность теплового потока от стенки к воде

Теплопроводность жидкости

.

При теплопроводность этилового спирта , теплопроводность воды . Теплопроводность жидкости

.

Число Прандтля для жидкости

При число Прандтля для этилового спирта , для воды . Для жидкости число Прандтля .

Число Рейнольдса

Скорость жидкости принимаем , внутренний диаметр труб , коэффициент кинематической вязкости жидкости

При коэффициент кинематической вязкости для этилового спирта , для воды . Для жидкости коэффициент кинематической вязкости .

Число Рейнольдса для жидкости

. Турбулентный режим движения жидкости в трубах.

Таблица 3.4 – К графику зависимости .

, °С	5	10	15	20	25	30	35	40
, Вт/м2	50607,3	101214,6	151821,9	202429,2	253036,5	303643,8	354251,1	404858,4

При установившемся режиме .

Рисунок 3.1 – К определению удельного теплового потока.

Из графика находим при .

Поверхность нагрева испарителя

.

Количество труб

,

где - площадь поверхности теплообмена,

- средний диаметр трубы,

- длина труб.

.

Шаг труб

мм.

По [2] выбираем кожухотрубчатый испаритель с неподвижными трубными решетками с температурным компенсатором на кожухе ИН-600, одноходовой, с поверхностью теплообмена 61 м², длиной труб 3000 мм, общей длиной аппарата 4080 мм, стальными трубами 23/25 мм, внутренним диаметром кожуха 400 мм, число труб в испарителе 257, разбивка труб по шестиугольникам.