Расчет ректификационной колонны для разделения смеси "ацетонтАУуксусная кислота" при атмосферном давлении
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
Сопротивление газожидкостного (барботажного) слоя принимают равным статическому давлению слоя:
(72)
где плотность жидкости, высота светлого слоя жидкости,м.
Па
Па
По уравнению (70) определим сопротивление тарелок:
Па Па
Гидравлическое сопротивление колонны для процесса ректификации в простой полной колонне определяют по формуле:
(73)
где гидравлическое сопротивление тарелки соответственно верхней и нижней части колонны, Па; число реальных тарелок (ступеней) в верхней и нижней частях колонны.
3.6 Подробный расчет дефлегматора
3.6.1 Температурная схема процесса
Рассчитаем среднюю движущую силу теплопередачи:
Определяющие температуры:
3.6.2 Выбор теплообменника
Теплофизические свойства воды при определяющей температуре:
(74)
где удельная теплоемкость воды при , ; коэффициент динамической вязкости воды при ;
коэффициент теплопроводности воды при температуре,
Теплофизические свойства дистиллята при определяющей температуре:
По уравнению (14) плотность смеси:
По уравнению (15) Рассчитаем коэффициент динамической вязкости:
Рассчитаем коэффициент теплопроводности:
(75)
где коэффициенты теплопроводности ацетона и уксусной кислоты при температуре , ;
массовая доля дистиллята.
Из пункта 3.4 Тепловой расчет установки , определим расход охлаждающей воды при нагреве на градусов:
(76)
где расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре, Вт; удельная теплоемкость воды при , ; начальная и конечная температура воды,
Примем и рассчитаем площадь теплообмена:
(77)
где расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре, Вт; коэффициент теплопередачи, ;
средняя температура теплопередачи,.
Задаваясь значением критерия Рейнольдса Re = 10 000 (что соответствует развитому турбулентному режиму течения воды в трубах), определим ориентировочную площадь проходного сечения одного хода по трубам для конденсатора из труб диаметром d = 20 2 мм:
(78)
где расход охлаждающей воды при нагреве на градусов, внутренний диаметр труб, м;
коэффициент динамической вязкости воды при .
По ГОСТу 15121-79 выбрала конденсатор, у которого площадь теплообмена больше , а площадь проходного сечения одного хода меньше:
Поверхность теплообмена (по наружному диаметру труб), м263D кожуха, мм600Общее число труб334d труб, мм202Длина труб L, м3Число ходов4St, м21,6Число рядов труб, 18
3.6.3 Расчет коэффициентов теплоотдачи
Определим скорость воды в трубном пространстве, а затем и число Re для воды, которая подается в трубное пространство:
(79)
где расход охлаждающей воды при нагреве на градусов, плотность воды при
площадь проходного сечения одного хода, выбранного конденсатора, м.
(80)
где внутренний диаметр труб,м;
плотность воды при
коэффициент динамической вязкости воды при .
Рассчитаем критерий Нуссельта:
(81)
где критерий Рейнольдса;
критерий Прандтля для воды при ;
отношение в этом уравнении примем равным 1.
Зная критерий Нуссельта, определим коэффициент теплоотдачи воды по формуле:
(82)
где коэффициент теплопроводности воды при температуре,внутренний диаметр труб,м.
Рассчитаем коэффициент теплоотдачи при конденсации пара на пучке горизонтальных труб:
(83)
где множитель, учитывающий влияние числа труб по вертикали;
примем равной 1;
коэффициент теплопроводности смеси при температуре, плотность смеси,
удельная теплота конденсации смеси, ;
ускорение свободного падения,; коэффициент динамической вязкости смеси при температуре,;
наружный диаметр труб,м.
3.6.4 Термическое сопротивление стенки и загрязнений
Примем тепловые проводимости загрязнений со стороны органического пара:
и со стороны воды среднего качества
Толщину слоя загрязнения примем равной 2мм. В качестве материала труб выберем сталь с коэффициентом теплопроводности ? = 46,5 Вт/(м ?К).
Тогда термическое сопротивление загрязнений труб:
(84)
где толщина слоя загрязнения, м;
коэффициент теплопроводности стенки.
3.6.5 Метод итераций
1.Задаемся tст1=56,67 0С:
2.Уточним коэффициент и найдем тепловой поток первой стенки:
3.Рассчитаем :
4.Рассчитаем :
Определение погрешности сходимости тепловых потоков:
Дальнейшие итерационные действия и расчеты занесены в таблицу1.
Таблица 1
60,3556,673,681974,67266,553,2224,944444,128,29125721,216,360,3552,997,361660,412220,847,1924,944444,122,2698930,97,160,3549,3111,041500,416564,141,4624,944444,116,5273427,73,460,3545,6314,721396,320552,835,8924,944444,110,9548671,31,460,3541,9518,41320,524297,130,4324,944444,15,4924429,90,005
3.6.6 Уточнение коэффициентов т