Расчет и проектирование ректификационной установки. Минимальное флегмовое число. Коэффициент избытка флегмы. Результаты расчетов рабочего флегмового числа, страница 7

Для дистиллята (флегмы) при a_Д = 9,0 % масс.

,

.

Для кубового остатка при a_W = 0,9 % масс.

.

Для исходной смеси при a_F = 32,0 % масс.

.

Расход теплоты на испарение флегмы определяем по формуле [25]

.

Расход теплоты на испарение дистиллята определяем по формуле [25]

Расход теплоты на нагревание остатка определяем по формуле [25]

.

Общий расход теплоты в кубе колонны (без учета потерь в окружающую среду)

.

С учетом 5 % потерь в окружающую среду общий расход теплоты

.

Давлению греющего пара р = 250 кПа соответствует скрытая теплота конденсации  [23].

Расход греющего пара

.

Расчет и выбор теплообменного аппарата для подогрева

исходной смеси[4, 15]

Этот раздел подробно выполним для подогревателя исходной смеси, подаваемой насосом на питательную (пятую сверху) тарелку. Для расчета подогревателя используем следующие данные:

- расход исходной смеси

 

- концентрация исходной смеси  (задано);

- начальная температура смеси  (задано);

- температура кипения смеси на питательной тарелке колонны  (определено по t–y–x-диаграмме);

- давление греющего пара .

Выберем предварительно для нагревания исходной смеси вертикальный кожухотрубчатый теплообменник.

Целью теплового расчета является определение необходимой площади теплопередающей поверхности, соответствующей при заданных температурах оптимальным гидродинамическим условиям процесса, и выбор стандартизированного теплообменника. Из основного уравнения теплопередачи

,                                                                (33)

где F – площадь теплопередающей поверхности, м²; Q – тепловая нагрузка аппарата, Вт; K – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·К);  – средний температурный напор, К.

Определение тепловой нагрузки аппарата. В рассматриваемой задаче нагревание метанола (в дальнейшем исходную смесь будем называть метанолом) осуществляется в вертикальном кожухотрубчатом теплообменнике теплотой конденсирующегося пара, поэтому тепловую нагрузку определим по формуле [29]

,                                                       (34)

где  = V·ρ – массовый расход метанола, кг/с;  – средняя удельная теплоемкость метанола, Дж/(кг·К); t_к, t_н – конечная и начальная температуры метанола, К (t_к = ; t_н = );  = 1,05 – коэффициент, учитывающий потери теплоты в окружающую среду.

Средняя температура метанола

.

Этому значению температуры соответствует

 [23, рис. XI] и  [23].

Тогда

.

С учетом 5 % потерь

.

Определение расхода пара и температуры его насыщения.

Расход пара определим из уравнения [29]

,                                                                           (35)

где D – расход пара, кг/с; r – скрытая теплота конденсации пара, Дж/кг; по [23, табл. LVII] при р_н = 0,25 МПа  , T_н = 132,9°С.

Из формулы (35) следует, что

кг/с.

Расчет температурного режима теплообменника.

Цель расчета – определение средней разности температур ∆t_ср и средних температур теплоносителей t_ср1 и t_ср2.

Для определения среднего температурного напора составим схему движения теплоносителей:

        Пар       

    Метанол   

                   

Т. к. , то .

Температура пара в процессе конденсации не меняется, поэтому , а средняя температура метанола [23] .

Температура одного из теплоносителей (пара) в аппарате не изменяется, поэтому выбор температурного режима окончателен.

Определение теплофизических характеристик теплоносителей. Теплофизические свойства теплоносителей определяем при их средних температурах и заносим в табл. 4.

Таблица 4

Теплофизические свойства теплоносителей