Проектирование ректификационной установки для разделения смеси бензол-толуол производительностью по дистилляту 3 кг/с

Дипломная работа - Химия

Другие дипломы по предмету Химия

естве теплообменного аппарата может быть использован одноходовой кожухотрубчатый теплообменник с поверхностью теплопередачи F=176 м2, внутренним диаметром кожуха D=1000 мм, числом труб 25 2 n=747, длиной труб L = 3м.

3.4 Холодильник кубового остатка

Необходимо подобрать теплообменный аппарат для охлаждения 5,36 кг/с кубового остатка от 107,5 0C до 35 0C водой, нагревающейся от 160C до 36 0C .

Температурная схема при противотоке теплоносителей:

,5 35

36 16

? t б = 71,50C ? t м = 190C

Находим среднюю разность температур по формуле (60):

Тепловой поток, передаваемый от кубового остатка к воде, был найден в пункте 2.5 по формуле (57): Q = 701376,07 Вт.

Определяем ориентировочную поверхность по формуле (61). Значение коэффициента теплопередачи Кор=250 Вт/(м2?К), как при теплообмене от жидкости к жидкости (углеводороды, масла).

м2

С запасом 10%: F= 1,1?Fор= 1,1?70,83 = 77,91 м2.

В качестве теплообменного аппарата может быть использован одноходовой кожухотрубчатый теплообменник с поверхностью теплопередачи F = 81 м2, внутренним диаметром кожуха D=600 мм, числом труб 25 2 n=257, длиной труб L = 4м.

3.5 Подробный расчет дефлегматора

Нужно рассчитать два варианта (с турбулентным и ламинарным режимами течения воды в трубном пространстве) теплообменного аппарата для конденсации = 3кг/с смеси паров органической жидкости с температурой конденсации t =840C , охлаждающейся водой с начальной температурой 16 0C . Вода нагревается до 350C .

Температурная схема при противотоке теплоносителей:

35 16

? t м = 490C ? t б = 680C

Находим среднюю разность температур по формуле (60):

Находим среднюю интегральную температуру воды:

2 = tD ? ?t ср = 84 ?57,98 = 26,020C (63)

Тепловой поток, передаваемый к воде в дефлегматоре, был найден в пункте 2.5 по формуле (53) QД = 3367147 Вт.

Физические свойства жидкой воды (в зависимости от температуры) могут быть найдены по формулам:

Физическая величинаРасчетная формулаПри температуре t2 = 26,020CПлотность (кг/м3)?вода (t) = 1000- 0,062? t - 0,00355? t2995,98Теплопроводность (Вт/(м?К))?вода(t) = 0,5545+0,00246? t - 1,184?10-5? t20,61049Теплоемкость (кДж/(кг?К))Свода(t) = 4,215+0,001376? t +1,39?10-5? t24,1886Вязкость (мПа?с)?вода(t) =0,00105?0,9138

Расход воды уточняем по формуле (59):

Определяем ориентировочную максимальную поверхность по формуле (61).

Значение коэффициента теплопередачи минимальное Кмин=300 Вт/(м2?К), как при теплообмене от конденсирующихся органических паров к воде.

м2

3.5.1 Турбулентный режим

Задаваясь значением критерия Рейнольдса Re 2= 15000 (что соответствует развитому турбулентному режиму течения воды в трубах), определим соотношение n/ z для конденсатора из труб диаметром dн = 20 2 мм:

(64)

где n - число труб, z - число ходов.

Площадь сечения одного хода по трубам:

м2 (65)

Для F < 193,58 м2 выбран кожухотрубчатый конденсатор:

Поверхность теплообмена (по наружному диаметру труб), м2139D кожуха, мм600Общее число труб370d труб, мм202Длина труб L, м6Число ходов2St, м23,7

Определяем действительное значение критерия Рейнольдса для воды, проходящей в трубном пространстве:

(66)

Скорость воды в трубах составит:

м/с (67)

Воспользуемся итерационным методом расчета теплового потока. Расчет был выполнен на ЭВМ в MathCAD 13.0. Выбрана температура стенки со стороны конденсирующегося пара органической жидкости t ст 1= 54,05 C.

Рассчитаем при этой температуре.

?t = tD ? tст =84 - 54,05 = 29,95C

Средняя определяющая температура пленки конденсата:

пл = 0,5? (tD + t ст1) = 0,5?(84 + 54,05) = 69,025 C

Далее необходимо определить плотности теплового потока и сопоставить их, если разница между ними будет меньше 5 %, то можно считать, что процесс установившийся и температура стенки подобранна правильно.

(68)

где ?1 ,?2 - коэффициенты теплоотдачи от стенки 1 и 2;

Примем тепловые проводимости загрязнений со стороны органического пара:

Вт/(м2 ?К)

и со стороны воды среднего качества

Вт/(м2 ?К)

Толщину слоя загрязнения примем равной 2мм. В качестве материала труб выберем нержавеющую сталь с коэффициентом теплопроводности ? = 17,5 Вт/(м ?К).

Тогда термическое сопротивление загрязнений труб:

(м 2?К)/Вт (69)

Значение коэффициента теплоотдачи при пленочной конденсации пара на наружной поверхности пучка горизонтальных труб:

(70)

где ? = 0,62 - множитель, учитывающий влияние числа труб по вертикали;

? ? теплопроводность смеси, Вт/(м?К);

? - плотность смеси, кг/м3;? теплота конденсации (при температуре конденсации rD = 388368 по формуле (53а)), Дж/кг;= 9,81 м/c2 - ускорение свободного падения;

- вязкость смеси, Па?с;- наружный диаметр труб, м.

(71)

Определим вязкость, плотность, теплопроводность при средней определяющей температуре пленки конденсата tпл = 69,025 C:

?бензол(t) =0,00878?мПа?с

?толуол(t) =0,0147?мПа?с

мПа?с

?бензол(t) = 0,151 - 0,000257? t = 0,151 - 0,000257?69,025 = 0,1333 Вт/м?К

?толуол(t) = 0,141 - 0,000235? t = 0,141 - 0,000235?69,025 = 0,1248 Вт/м?К

Вт/м?К

?бензол (t) = 900 - 1,02? t - 0,000538? t2 = 900 - 1,02? 69,025 - 0,000538? 69,0252 = 827,03 кг/м3

?толуол (t) = 884 - 0,884? t - 0,00080? t2 = 884 - 0,884? 69,025- 0,00080? 69,0252 = 819,17 кг/м3

кг/м3

И при температуре стенки tст 1 =54,05 C