Расход греющего пара в кубе колонны

Решение задачи 7.21 по ПАХТ из задачника Павлова Романкова Носкова

7.21. Уравнения рабочих линий ректификационной колонны для разделения смеси бензола и толуола под атмосферным давлением: у = 0,723x+ 0,263; у = 1,25x — 0,0188. В колонну подается 75 кмоль/ч смеси при температуре кипения. Греющий пар в кубе колонны имеет избыточное давление 3 кгс/см 2 . Определить требуемую поверхность нагрева в кубе колонны и расход греющего пара, имеющего влажность 5%. Коэффициент теплопередачи К=580 Вт/(м 2 -К). Тепловыми потерями пренебречь. Температуру кипения жидкости в кубе принять как для чистого толуола.

Прошу обратить внимание , что при покупке решений задач по ПАХТ на сайте

Вам в почту приходит не сам файл решения, а ссылка на файл решения, который нужно скачать по этой ссылке СНАЧАЛА НА ЖЕСТКИЙ ДИСК своего компьютера.

Открывать и просматривать решения задач нужно с жесткого диска своего компьютера.

Файл решения приходит к Вам в трёх вариантах:

1 — ссылка — это формат ПДФ.

2 — ссылка — это архив, который нужно распаковать и уже там будет решение в ворде .

3 — ссылка — это архив, который нужно распаковать и уже там будет решение в ПДФ.

Если у Вас нет опыта оплаты и получения заказа через платежную систему «Робокасса», то Вы можете посмотреть видеролик на этой странице, где эта процедура подробно рассмотрена.

Если у Вас возникли вопросы и что-то не получается

Вы всегда можете задать вопрос через форму обратной связи задать вопрос

Источник

Тепловой расчет ректификационной колонны

Расход теплоты, получаемой кипящей жидкостью от конденсирующего пара в кубе-испарителе колонны

где -расход теплоты, отнимаемой охлаждающей водой от конденсирующихся в дефлегматоре паров, Вт;

-тепловые потери колонны в окружающую среду, Вт;

-теплоемкость исходной смеси, дистиллята, кубовой жидкости, соответственно, Дж/кг·К.

Значения теплоемкостей, необходимые для расчета, находим по формуле:

где — теплоемкости компонентов при соответствующих температурах;

— массовые доли компонентов.

Температура кипения смеси t_F=76,2 о C, кубового остатка t_W=77 о C и дистиллята t_D=65,5 о C; теплоемкости метанола и этанола при этих температурах определяем по номограмме (ХI, с.562 [1]) (А-метиловый спирт, В- этиловый спирт)

;

Количество тепла, отнимаемого охлаждающей водой от конденсирующегося в дефлегматоре пара:

;

-удельная теплота конденсации дистиллята, Дж/кг;

где: , — удельная теплота конденсации компонентов А и В при температуре t_D=65,5 о C (табл. XLV стр.541 [1]).

Тепловые потери колонны в окружающую среду:

где -температура наружной поверхности стенки колонны, принимаем ;

-температура воздуха в помещении, ;

α-суммарный коэффициент теплоотдачи конвекцией и излучением, Вт/(м 2 К),

;

-наружная поверхность изоляции колонны, определяем по формуле:

;

Потери тепла в окружающую среду:

;

Расход тепла в кубе колонны с учетом тепловых потерь:

Расход греющего пара в кипятильнике (давление р=4кгс/см 2 , влажность 5%):

Расход тепла в паровом подогревателе исходной смеси рассчитывается по формуле:

где С₁ – теплоемкость исходной смеси при средней температуре, равной

;

где С_А, С_В – теплоемкости метилового спирта и этилового спирта при температуре (с.562[1])

;

Расход греющего пара в подогревателе исходной смеси:

;

Расход воды в дефлегматоре при нагревании ее на 20 0 С:

;

Расход воды в холодильнике дистиллята при нагревании ее на 20 0 С:

;

Расход воды в холодильнике кубового остатка при нагревании ее на 20 0 С:

;

Общий расход воды в ректификационной установке:

;

Расчет тепловой изоляции колонны

В качестве изоляции берем асбест (λ_из=0,151 Вт/м·К). Исходя из упрощенного соотношения (для плоской стенки) имеем:

где -толщина изоляции, м;

-температура внутренней поверхности изоляции, принимаем ее ориентировочно на 10-20 0 С ниже средней температуры в колонне .

Определяем толщину изоляции:

;

Проверяем температуру внутренней поверхности изоляции:

;

расхождение: 61,1-61,3 0 С. Согласно заданию, температура конденсации греющего пара равна 100 0 С (р=1,03 кгс/см 2 ).

Следовательно, средняя разность температур:

100-77=23 о С.

Принимаем коэффициент теплопередачи К=300 Вт/(м 2 К) (с.172[5]).

Тепловая нагрузка .

Площадь поверхности теплообмена

;

С запасом 15-20% принимаем по каталогу (табл.4.12 стр.215 [1]) теплообменник 4-х ходовой с F=464 м 2 .

Диаметр труб 25 2мм;

Расчет дефлегматора

В дефлегматоре конденсируется метиловый спирт с небольшим количеством этилового спирта. Температура конденсации паров дистиллята t_D=65,5 о C.

Температуру воды на входе в теплообменник примем 18 0 С, на выходе 38 0 С.

Составляем температурную схему процесса и определяем движущую силу процесса теплопередачи:

65,5 0 С 65,5 0 С

18 0 С 38 0 С

Определим среднюю температуру воды

Где r₁ — удельная теплота конденсации смеси при температуре конденсации t₁=65,5, r₁=1087 кДж/кг.

где: , — удельная теплота конденсации компонентов А и В при температуре t_D=65,5 о C (табл. XLV стр.541 [1]).

кг/с,

Где с₂=4190 Дж/(кг К) – удельная теплоемкость воды при средней температуре t₂=28 0 С

м 3 /с,

Где ρ₂= 995 кг/м 3 — плотность воды при t₂=28 0 С,

Ориентировочно определяем максимальную величину площади поверхности теплообмена. Минимальное значение коэффициента теплопередачи для случая теплообмена от конденсирующегося пара органических жидкостей к воде. К_min=300 Вт/(м 2 ·К) (таблица 4.8 [1]). При этом

м 2 .

Для обеспечения турбулентного течения воды при Re>10000 скорость в трубах должна быть больше w 1

м/с,

Где μ₂ – динамический коэффициент вязкости воды при средней температуре t₂=28 0 С, μ₂=0,818*10 -3 Па с;

d₂— внутренний диаметр труб, d₂=0,021 м;

ρ₂= 995 кг/м 3 — плотность воды при t₂=28 0 С.

Число труб 25х2 мм, обеспечивающих объемный расход воды при Re=10000

Условию n 2 удовлетворяет теплообменник шестиходовой диаметром 800 мм с числом труб на один ход трубного пространства n=384/6=64.

Уточняем значение критерия Рейнольдса Re

Критерий Прандтля для воды при средней температуре t₁=28 ºС равен

где λ₁=0,605– коэффициент теплопроводности воды при t₁=28 ºС (рисунок Х [1]);

с₁=4190 Дж/(кг·К) – средняя удельная теплоемкость воды при t₁=28 ºС (рисунок XI [1]); μ₁=0,818·10 -3 Па·с – динамический коэффициент вязкости воды при t₁=28 ºС (таблица VI [1]).

Рассчитаем критерий Нуссельта для воды

Отношение (Pr₁/Pr_ст1) 0,25 примем равным 1,1 (с последующей проверкой).

Таким образом, коэффициент теплоотдачи для воды равен

Вт/(м 2 ·К).

Коэффициент теплоотдачи при конденсации пара смеси метанола и этанола на пучке горизонтальных труб

Вт/м 2 К,

где — коэффициент теплопроводности смеси при t₁=66 ºС (рисунок Х [1]); =0,198 Вт/м 2 К,

динамический коэффициент вязкости смеси при t₁=66 ºС (таблица VI [1]),

Примем тепловую проводимость загрязнений стенки со стороны греющего пара 1/r_загр.2=5800 Вт/(м 2 ·К), со стороны смеси 1/r_загр.1=5800 Вт/(м 2 ·К) (таблица ХХХI [1]). Коэффициент теплопроводности стали λ_ст=46,5 Вт/(м 2 ·К) (таблица ХХVII [1]); δ=0,002 м – толщина стенки.

Находим сумму термических проводимостей стенки и загрязнений

Вт/(м 2 ·К).