Расчет и проектирование ректификационной установки. Минимальное флегмовое число. Коэффициент избытка флегмы. Результаты расчетов рабочего флегмового числа, страница 11

Подставляя в (40) вместо , ,  и , выражения из теплового баланса и, решая его относительно расхода охлаждающей воды, получим

, где  – теплоемкость кубового остатка, , при его средней температуре

.

Конечную температуру кубового остатка примем , температуры охлаждающей воды , .

При средней температуре t_xWcp = 69 °C c_А = 3079,7 Дж/(кг×K), c_в = 4190,0 Дж/(кг×K) [25, прил. IІІ].

Тогда

,

.

Средняя разность температур при противоточной схеме движения теплоносителей:

 

                                                         

                           Вода                               

                                                           

Т. к. , то .

Площадь поверхности теплообмена холодильника кубового остатка при ориентировочном значении коэффициента теплопередачи K = 500 Вт/(м²·K) [26]

.

Выбираем двухходовой кожухотрубчатый холодильник диаметром 400 мм с числом труб 100 шт. (в одном ходе 50 шт.), длиной теплообменных труб 3000 мм и площадью поверхности теплообмена F = 24,0 м².

Обозначение теплообменного аппарата:

Холодильник .

Выбор кипятильника колонны. Тепловая нагрузка кипятильника колонны определена ранее Q = 3230270 Вт.

Средняя разность температур в кипятильнике может быть определена как разность между температурой греющего пара при р = 0,25 МПа (132,9 ºС) и температурой кипения кубового остатка (93ºС), т. е.

.

При ориентировочно принятом значении коэффициента теплопередачи в кипятильнике K = 1500 Вт/(м²·K) [26], площадь поверхности теплообмена составит

.

Выбираем четырехходовой кожухотрубчатый теплообменник диаметром 600 мм с числом труб 206 шт. (в одном ходе 52 и 51 шт.), длиной теплообменных труб 4000 мм и площадью поверхности теплообмена F = 65,0 м².

Обозначение аппарата:

Испаритель .

Гидравлический расчет

Цель гидравлического расчета [15] – определение величины сопротивлений различных участков трубопроводов и теплообменника и подбор насоса, обеспечивающего заданную подачу и рассчитанный напор при перекачке метанола.

Различают два вида гидравлических сопротивлений (потерь напора): сопротивления трения (по длине) h_l и местные сопротивления h_мс.

Для расчета потерь напора по длине пользуются формулой Дарси-Вейсбаха

,                                        (41)

где λ – гидравлический коэффициент трения; l – длина трубопровода или тракта, по которому протекает теплоноситель, м; d – диаметр трубопровода, м;  – скоростной напор на рассматриваемом участке трубопровода, м.

Для расчета потерь напора в местных сопротивлениях применяется формула Вейсбаха

,                                        (42)

где ξ – коэффициент местных сопротивлений.

Определение скоростей, режимов движения теплоносителей, геометрических характеристик и гидравлических сопротивлений трубопровода. Гидравлическому расчету подлежит схема, представленная на рис. 8.

Для выполнения гидравлического расчета разобьем трубопровод насосной установки на участки: всасывающая линия; участок напорного трубопровода от насоса до теплообменника; теплообменник; участок напорного трубопровода от теплообменника до конечной точки (ректификационная колонна). Геометрические размеры трубопровода (длины и высоты подъема) выбираем произвольно, т. к. разработка монтажной схемы в задачу проекта не входит.

Диаметры всасывающего и напорного трубопроводов определим из уравнения расхода , принимая скорость во всасывающем трубопроводе  = 1,0…1,2 м/с, а в напорном – 1,5…2,0 м/с [16].

Рис. 8. Расчетная схема: 1 – насос; 2 – резервуар; 3 – теплообменник;

4 – ректификационная колонна

, где  – объемный расход питательной смеси (этанола).

По ГОСТ 8734-75 выбираем трубу для всасывающего трубопровода диаметром  мм (внутренний диаметр мм).

Скорость движения этанола (исходной смеси) на всасывающем участке трубопровода