Реферат: Расчет двух ректификационных установок непрерывного действия для разделения смеси этилацетат то

--PAGE_BREAK--1.3 Высота насадки
Высоту насадки Н определяют по модифицированному уравнению массопередачи:
<img width=«83» height=«25» src=«ref-1_1471611141-190.coolpic» v:shapes="_x0000_i1144"> (1.24)
где <img width=«21» height=«25» src=«ref-1_1471611331-106.coolpic» v:shapes="_x0000_i1145">  — общее число единиц переноса по паровой фазе;

<img width=«21» height=«25» src=«ref-1_1471611437-110.coolpic» v:shapes="_x0000_i1146">  — общая высота единицы переноса, м.

Общее число единиц переноса вычисляют по уравнения:
<img width=«100» height=«52» src=«ref-1_1471611547-425.coolpic» v:shapes="_x0000_i1147"> (1.25)
Решим этот интеграл методом графического интегрирования:
<img width=«151» height=«52» src=«ref-1_1471611972-526.coolpic» v:shapes="_x0000_i1148"> (1.26)


где S– площадь, ограниченная кривой, ординатами <img width=«57» height=«24» src=«ref-1_1471612498-148.coolpic» v:shapes="_x0000_i1149"> и осью абсцисс рис. 8; Мх, Мy – масштабы осей координат.

Данные для графического изображения функции <img width=«95» height=«44» src=«ref-1_1471612646-253.coolpic» v:shapes="_x0000_i1150"> приведены ниже:





Рисунок 8 – Графическое определение общего числа единиц переноса в паровой фазе для верхней (укрепляющей) части колонны в интервале изменения состава пара от уFдо уР и для нижней (исчерпывающей) – в интервале от от уW до уF.

По рисунку находим общее число единиц переноса в верхней <img width=«28» height=«25» src=«ref-1_1471612899-114.coolpic» v:shapes="_x0000_i1151"> и нижней <img width=«29» height=«25» src=«ref-1_1471613013-115.coolpic» v:shapes="_x0000_i1152"> частях колонны:
<img width=«145» height=«52» src=«ref-1_1471613128-507.coolpic» v:shapes="_x0000_i1153">; <img width=«151» height=«52» src=«ref-1_1471613635-517.coolpic» v:shapes="_x0000_i1154">.
Общую высоту единиц переноса <img width=«21» height=«25» src=«ref-1_1471611437-110.coolpic» v:shapes="_x0000_i1155"> определим по уравнению аддитивности:


<img width=«141» height=«25» src=«ref-1_1471614262-282.coolpic» v:shapes="_x0000_i1156"> (1.27)
где <img width=«17» height=«24» src=«ref-1_1471614544-100.coolpic» v:shapes="_x0000_i1157"> и <img width=«17» height=«25» src=«ref-1_1471614644-103.coolpic» v:shapes="_x0000_i1158">  — частные высоты единиц переноса соответственно в жидкой и паровой фазах;

<img width=«17» height=«15» src=«ref-1_1471614747-88.coolpic» v:shapes="_x0000_i1159">  — средний коэффициент распределения в условиях равновесия для соответствующей части колоны.

Отношение нагрузок по пару и жидкости G/L, кмоль/кмоль, равно:

для верхней части колонны
<img width=«85» height=«44» src=«ref-1_1471614835-353.coolpic» v:shapes="_x0000_i1160"> (1.28)
для нижней части колонны
<img width=«92» height=«49» src=«ref-1_1471615188-440.coolpic» v:shapes="_x0000_i1161"> (1.29)

где

<img width=«81» height=«45» src=«ref-1_1471615628-272.coolpic» v:shapes="_x0000_i1162"> (1.30)
Подставив численные значения, получим:
<img width=«209» height=«44» src=«ref-1_1471615900-549.coolpic» v:shapes="_x0000_i1163">
Высота единицы переноса в жидкой фазе
<img width=«181» height=«25» src=«ref-1_1471616449-335.coolpic» v:shapes="_x0000_i1164"> (1.31)
где <img width=«43» height=«21» src=«ref-1_1471616784-128.coolpic» v:shapes="_x0000_i1165">  — коэффициенты, определяемые по рисунку;

<img width=«85» height=«45» src=«ref-1_1471616912-246.coolpic» v:shapes="_x0000_i1166">  — критерий Прандтля для жидкости;

<img width=«16» height=«17» src=«ref-1_1471617158-91.coolpic» v:shapes="_x0000_i1167">  — высота слоя насадки одной секции, которая из условия прочности опорной решётки и нижних слоёв насадки, а также из условия равномерности распределения жидкости по насадке не должна превышать <metricconverter productid=«3 м» w:st=«on»>3 м.

Высота единиц переноса в паровой фазе
<img width=«213» height=«53» src=«ref-1_1471617249-715.coolpic» v:shapes="_x0000_i1168"> (1.32)
где <img width=«16» height=«17» src=«ref-1_1471617964-95.coolpic» v:shapes="_x0000_i1169">  — коэффициент, определяемые по рисунку;

<img width=«88» height=«49» src=«ref-1_1471618059-261.coolpic» v:shapes="_x0000_i1170">  — критерий Прандтля для пара;

<img width=«101» height=«44» src=«ref-1_1471618320-272.coolpic» v:shapes="_x0000_i1171">  — массовая плотность орошения, кг/(м2<img width=«8» height=«11» src=«ref-1_1471618592-73.coolpic» v:shapes="_x0000_i1172">с);

<img width=«15» height=«19» src=«ref-1_1471618665-90.coolpic» v:shapes="_x0000_i1173">  — диаметр колонны, м;
<img width=«408» height=«57» src=«ref-1_1471618755-1066.coolpic» v:shapes="_x0000_i1174">
Поверхностное натяжение <img width=«16» height=«15» src=«ref-1_1471619821-89.coolpic» v:shapes="_x0000_i1175"> для верхней части колонны, принимаем поверхностное натяжение легколетучего компонента при температуре верха колонны, а поверхностное натяжение для нижней части колонны, принимаем поверхностное натяжение для тяжело кипящего компонента при температуре низа колонны.

Необходимо определить вязкость паров и коэффициенты диффузии в жидкой <img width=«21» height=«24» src=«ref-1_1471619910-103.coolpic» v:shapes="_x0000_i1176"> и паровой <img width=«23» height=«25» src=«ref-1_1471620013-108.coolpic» v:shapes="_x0000_i1177"> фазах. Вязкость паров для верхней части колонны:


<img width=«244» height=«67» src=«ref-1_1471620121-761.coolpic» v:shapes="_x0000_i1178"> (1.33)
где <img width=«29» height=«25» src=«ref-1_1471620882-115.coolpic» v:shapes="_x0000_i1179"> и <img width=«29» height=«25» src=«ref-1_1471620997-114.coolpic» v:shapes="_x0000_i1180">  — вязкость паров этилацетата и толуола при средней температуре верхней части колонны, [3 c.36], мПа<img width=«8» height=«11» src=«ref-1_1471618592-73.coolpic» v:shapes="_x0000_i1181">с;

Примечание: так как нет надёжных данных для определения вязкости паров этилацетата, поэтому берём вязкость паров для диэтилового эфира.

<img width=«19» height=«24» src=«ref-1_1471621184-97.coolpic» v:shapes="_x0000_i1182">  — средняя концентрация паров: <img width=«103» height=«44» src=«ref-1_1471621281-366.coolpic» v:shapes="_x0000_i1183"> 

Подставив, получим:
<img width=«211» height=«24» src=«ref-1_1471621647-375.coolpic» v:shapes="_x0000_i1184">

<img width=«393» height=«60» src=«ref-1_1471622022-1040.coolpic» v:shapes="_x0000_i1185">

<img width=«169» height=«27» src=«ref-1_1471623062-321.coolpic» v:shapes="_x0000_i1186">
Аналогично расчётом для нижней части колонны находим <img width=«28» height=«25» src=«ref-1_1471623383-114.coolpic» v:shapes="_x0000_i1187">
<img width=«244» height=«67» src=«ref-1_1471623497-766.coolpic» v:shapes="_x0000_i1188"> (1.34)

<img width=«105» height=«44» src=«ref-1_1471624263-374.coolpic» v:shapes="_x0000_i1189">

<img width=«212» height=«24» src=«ref-1_1471624637-372.coolpic» v:shapes="_x0000_i1190">

<img width=«393» height=«60» src=«ref-1_1471625009-1050.coolpic» v:shapes="_x0000_i1191">

<img width=«169» height=«27» src=«ref-1_1471626059-322.coolpic» v:shapes="_x0000_i1192">


Коэффициент диффузии в жидкости при средней температуре t(в 0С) равен:
<img width=«171» height=«29» src=«ref-1_1471626381-440.coolpic» v:shapes="_x0000_i1193"> (1.35)
Коэффициенты диффузии в жидкости <img width=«33» height=«25» src=«ref-1_1471626821-122.coolpic» v:shapes="_x0000_i1194"> при 20 0С можно вычислить по приближённой формуле:
<img width=«187» height=«59» src=«ref-1_1471626943-791.coolpic» v:shapes="_x0000_i1195"> (1.36)
где А, В – коэффициенты, зависящие от свойств растворённого вещества и растворителя;

<img width=«41» height=«24» src=«ref-1_1471627734-128.coolpic» v:shapes="_x0000_i1196">  — мольные объёмы компонентов в жидком состоянии при температуре кипения, см3/моль;

<img width=«20» height=«24» src=«ref-1_1471602101-100.coolpic» v:shapes="_x0000_i1197">  — вязкость жидкости при 20 0С, мПа∙с,[2 табл. V c.556].

Вычислим вязкость жидкости для верхней части колонны при температуре 20 0С:
<img width=«285» height=«27» src=«ref-1_1471627962-599.coolpic» v:shapes="_x0000_i1198">

<img width=«133» height=«25» src=«ref-1_1471628561-253.coolpic» v:shapes="_x0000_i1199">
Вычислим вязкость жидкости для нижней части колонны при температуре 20 0С:
<img width=«287» height=«27» src=«ref-1_1471628814-589.coolpic» v:shapes="_x0000_i1200">

<img width=«136» height=«25» src=«ref-1_1471629403-256.coolpic» v:shapes="_x0000_i1201">


Тогда коэффициент диффузии в жидкости для верхней части колонны при 20 0С равен:
<img width=«248» height=«59» src=«ref-1_1471629659-954.coolpic» v:shapes="_x0000_i1202">

<img width=«169» height=«27» src=«ref-1_1471630613-330.coolpic» v:shapes="_x0000_i1203">
Температурный коэффициент bопределяют по формуле:
<img width=«125» height=«28» src=«ref-1_1471630943-297.coolpic» v:shapes="_x0000_i1204"> (1.37)
где <img width=«20» height=«24» src=«ref-1_1471602101-100.coolpic» v:shapes="_x0000_i1205"> и <img width=«20» height=«24» src=«ref-1_1471631340-100.coolpic» v:shapes="_x0000_i1206"> принимают при температуре 20 0С, [2 табл. V c.556 и 3 с.36].

Плотность жидкости при 20 0С в верхней и нижней частей колонны найдём по формуле:
<img width=«201» height=«29» src=«ref-1_1471631440-462.coolpic» v:shapes="_x0000_i1207">

Тогда

<img width=«229» height=«27» src=«ref-1_1471631902-509.coolpic» v:shapes="_x0000_i1208">

<img width=«129» height=«27» src=«ref-1_1471632411-272.coolpic» v:shapes="_x0000_i1209">

<img width=«201» height=«29» src=«ref-1_1471632683-462.coolpic» v:shapes="_x0000_i1210">

Тогда

<img width=«229» height=«27» src=«ref-1_1471633145-500.coolpic» v:shapes="_x0000_i1211">

<img width=«129» height=«27» src=«ref-1_1471633645-271.coolpic» v:shapes="_x0000_i1212">
Подставим полученные численные значения для определения температурного коэффициента:


<img width=«167» height=«25» src=«ref-1_1471633916-362.coolpic» v:shapes="_x0000_i1213">

<img width=«69» height=«21» src=«ref-1_1471634278-165.coolpic» v:shapes="_x0000_i1214">

Отсюда

<img width=«276» height=«29» src=«ref-1_1471634443-592.coolpic» v:shapes="_x0000_i1215">

<img width=«156» height=«27» src=«ref-1_1471635035-296.coolpic» v:shapes="_x0000_i1216">
Аналогично для нижней части колонны находим:
<img width=«179» height=«29» src=«ref-1_1471635331-447.coolpic» v:shapes="_x0000_i1217">
Коэффициент диффузии в жидкости для нижней части колонны при 20 0С равен:
<img width=«251» height=«59» src=«ref-1_1471635778-954.coolpic» v:shapes="_x0000_i1218">

<img width=«169» height=«27» src=«ref-1_1471636732-319.coolpic» v:shapes="_x0000_i1219">
Температурный коэффициент bопределяют по формуле:
<img width=«165» height=«25» src=«ref-1_1471637051-367.coolpic» v:shapes="_x0000_i1220">

<img width=«69» height=«21» src=«ref-1_1471637418-167.coolpic» v:shapes="_x0000_i1221">
Тогда коэффициент диффузии в жидкости для нижней части колонны:
<img width=«277» height=«29» src=«ref-1_1471637585-590.coolpic» v:shapes="_x0000_i1222">

<img width=«159» height=«27» src=«ref-1_1471638175-307.coolpic» v:shapes="_x0000_i1223">


Коэффициент диффузии в паровой фазе может быть вычислен по уравнению:
<img width=«245» height=«59» src=«ref-1_1471638482-845.coolpic» v:shapes="_x0000_i1224"> (1.38)
где Т – средняя температура в соответствующей части колонны, К;

Р – абсолютное давление в колонне, Па.

Тогда для верхней части колонны:
<img width=«371» height=«60» src=«ref-1_1471639327-1165.coolpic» v:shapes="_x0000_i1225">

<img width=«159» height=«27» src=«ref-1_1471640492-312.coolpic» v:shapes="_x0000_i1226">
Аналогично для нижней части колонны получим:
<img width=«245» height=«59» src=«ref-1_1471640804-846.coolpic» v:shapes="_x0000_i1227">
Подставив численные значения, получим:
<img width=«375» height=«60» src=«ref-1_1471641650-1161.coolpic» v:shapes="_x0000_i1228">

<img width=«159» height=«27» src=«ref-1_1471642811-314.coolpic» v:shapes="_x0000_i1229">
Таким образом, для верхней части колонны:
<img width=«359» height=«53» src=«ref-1_1471643125-861.coolpic» v:shapes="_x0000_i1230">

<img width=«96» height=«25» src=«ref-1_1471643986-209.coolpic» v:shapes="_x0000_i1231">

<img width=«403» height=«119» src=«ref-1_1471644195-1988.coolpic» v:shapes="_x0000_i1232">

<img width=«99» height=«25» src=«ref-1_1471646183-219.coolpic» v:shapes="_x0000_i1233">
Для нижней части колонны:
<img width=«356» height=«53» src=«ref-1_1471646402-858.coolpic» v:shapes="_x0000_i1234">

<img width=«96» height=«25» src=«ref-1_1471647260-207.coolpic» v:shapes="_x0000_i1235">

<img width=«403» height=«119» src=«ref-1_1471647467-1955.coolpic» v:shapes="_x0000_i1236">

<img width=«99» height=«25» src=«ref-1_1471649422-218.coolpic» v:shapes="_x0000_i1237">
По уравнению находим общую высоту единиц переноса для верхней и нижней части колонны:
<img width=«148» height=«25» src=«ref-1_1471649640-289.coolpic» v:shapes="_x0000_i1238"> (1.39)

<img width=«149» height=«25» src=«ref-1_1471649929-290.coolpic» v:shapes="_x0000_i1239"> (1.40)
Значения m=0,628 для верхней части колонны и m=1,737 — для нижней, определены арифметическим усреднением локальных значений mв интервалах изменения составов жидкости соответственно от xFдо xPи от xWдо xF.


<img width=«320» height=«47» src=«ref-1_1471650219-774.coolpic» v:shapes="_x0000_i1240">

<img width=«319» height=«49» src=«ref-1_1471650993-885.coolpic» v:shapes="_x0000_i1241">



 Высота насадки в верхней и нижней частях колонны равна соответственно:
<img width=«177» height=«24» src=«ref-1_1471651878-307.coolpic» v:shapes="_x0000_i1242"> <img width=«187» height=«24» src=«ref-1_1471652185-325.coolpic» v:shapes="_x0000_i1243">
Общая высота насадки в колонне:
<img width=«171» height=«21» src=«ref-1_1471652510-281.coolpic» v:shapes="_x0000_i1244">
С учётом того, что высота слоя насадки в одной секции Z=2 м, общее число секций в колонне составляет 4 (2 секции в верхней части и 2 – в нижней).

Общую высоту ректификационной колонны определяют по уравнения:
<img width=«208» height=«27» src=«ref-1_1471652791-452.coolpic» v:shapes="_x0000_i1245"> (1.41)
где Z– высота насадки в одной секции, м;

n– число секций;

<img width=«19» height=«25» src=«ref-1_1471653243-104.coolpic» v:shapes="_x0000_i1246">  — высота промежутков между секциями насадки, в которых устанавливают распределители жидкости, м;

<img width=«55» height=«24» src=«ref-1_1471653347-148.coolpic» v:shapes="_x0000_i1247">  — соответственно высота сепарационного пространства над насадкой и расстояние между днищем колонны и насадкой, м.

Общая высота колонны:


<img width=«217» height=«27» src=«ref-1_1471653495-460.coolpic» v:shapes="_x0000_i1248">

<img width=«87» height=«24» src=«ref-1_1471653955-189.coolpic» v:shapes="_x0000_i1249">
1.4 Гидравлическое сопротивление насадки
Гидравлическое сопротивление насадки <img width=«24» height=«17» src=«ref-1_1471654144-106.coolpic» v:shapes="_x0000_i1250"> находят по уравнению:
<img width=«112» height=«25» src=«ref-1_1471654250-245.coolpic» v:shapes="_x0000_i1251"> (1.42)
Гидравлическое сопротивление сухой неорошаемой насадки <img width=«28» height=«24» src=«ref-1_1471654495-120.coolpic» v:shapes="_x0000_i1252"> рассчитывают по уравнения:
<img width=«141» height=«49» src=«ref-1_1471654615-386.coolpic» v:shapes="_x0000_i1253"> (1.43)
где <img width=«15» height=«19» src=«ref-1_1471655001-90.coolpic» v:shapes="_x0000_i1254">  — коэффициент сопротивления сухой насадки, зависящий от режима движения газа в насадке.

Критерий Рейнолдса для газа в верхней и нижней частях колонны соответственно равен:
<img width=«320» height=«51» src=«ref-1_1471655091-805.coolpic» v:shapes="_x0000_i1255">

<img width=«324» height=«51» src=«ref-1_1471655896-817.coolpic» v:shapes="_x0000_i1256">
Следовательно, режим движения газа вверху и внизу колонны, турбулентный.

Для турбулентного режима движения коэффициент сопротивления сухой насадки в виде беспорядочно засыпанных колец Рашига находят по уравнению:
<img width=«69» height=«47» src=«ref-1_1471656713-237.coolpic» v:shapes="_x0000_i1257"> (1.44)
Для верхней и нижней частей колонны соответственно получим:
<img width=«139» height=«45» src=«ref-1_1471656950-336.coolpic» v:shapes="_x0000_i1258"> <img width=«139» height=«45» src=«ref-1_1471657286-339.coolpic» v:shapes="_x0000_i1259">
Гидравлическое сопротивление сухой насадки верхней и нижней частях колонны равно:
<img width=«284» height=«47» src=«ref-1_1471657625-635.coolpic» v:shapes="_x0000_i1260">

<img width=«287» height=«47» src=«ref-1_1471658260-659.coolpic» v:shapes="_x0000_i1261">
Плотность орошения в верхней и нижней частях колонны определим по формулам:
<img width=«132» height=«45» src=«ref-1_1471658919-331.coolpic» v:shapes="_x0000_i1262"> (1.45)

 <img width=«131» height=«45» src=«ref-1_1471659250-331.coolpic» v:shapes="_x0000_i1263"> (1.46)
Подставив численные значения, получим:


<img width=«327» height=«44» src=«ref-1_1471659581-773.coolpic» v:shapes="_x0000_i1264">

<img width=«324» height=«44» src=«ref-1_1471660354-800.coolpic» v:shapes="_x0000_i1265">
Гидравлическое сопротивление орошаемой насадки в верхней и нижней частях колонны:
<img width=«220» height=«25» src=«ref-1_1471661154-398.coolpic» v:shapes="_x0000_i1266">

<img width=«220» height=«25» src=«ref-1_1471661552-397.coolpic» v:shapes="_x0000_i1267">
Общее гидравлическое сопротивление орошаемой насадки в колонне:
<img width=«96» height=«24» src=«ref-1_1471661949-212.coolpic» v:shapes="_x0000_i1268"> (1.47)

<img width=«192» height=«21» src=«ref-1_1471662161-307.coolpic» v:shapes="_x0000_i1269">
Гидравлическое сопротивление насадки составляет основную долю общего сопротивления ректификационной колонны. Общее же сопротивление колонны складывается из сопротивления орошаемой насадки, опорных решёток, соединительных паропроводов от кипятильника к колонне и от колонны к дефлегматору, Общее гидравлическое сопротивление ректификационных колонны обуславливает давление и, следовательно, температуру кипения жидкости в испарители.



    продолжение
--PAGE_BREAK--2. Тепловой баланс ректификационной установки
Тепловой баланс колонны имеет вид:
<img width=«211» height=«25» src=«ref-1_1471662468-392.coolpic» v:shapes="_x0000_i1270"> (4.73)
где <img width=«176» height=«25» src=«ref-1_1471662860-361.coolpic» v:shapes="_x0000_i1271">  — тепловая нагрузка, соответственно по исходному веществу, по кипятильнику, по дистилляту, по кубовому остатку, по дефлегматору и потери тепла, примем равными 5%.

Из баланса определяем количество тепла, которое необходимо подводить к кипятильнику.
<img width=«220» height=«25» src=«ref-1_1471663221-396.coolpic» v:shapes="_x0000_i1272">
Тепловая нагрузка покубовому остатку, в количестве <img width=«100» height=«32» src=«ref-1_1471663617-258.coolpic» v:shapes="_x0000_i1273">,рассчитывается по формуле:
<img width=«109» height=«25» src=«ref-1_1471663875-231.coolpic» v:shapes="_x0000_i1274"> (4.74)
где <img width=«24» height=«24» src=«ref-1_1471664106-112.coolpic» v:shapes="_x0000_i1275">  — теплоёмкость кубового остатка, при температуре <img width=«17» height=«25» src=«ref-1_1471664218-101.coolpic» v:shapes="_x0000_i1276">, [2 рис. XI с. 562], <img width=«100» height=«41» src=«ref-1_1471664319-397.coolpic» v:shapes="_x0000_i1277">;

<img width=«17» height=«25» src=«ref-1_1471664218-101.coolpic» v:shapes="_x0000_i1278">  — температура кубового остатка колонны.
<img width=«179» height=«32» src=«ref-1_1471664817-464.coolpic» v:shapes="_x0000_i1279"> (4.75)
где <img width=«21» height=«27» src=«ref-1_1471572723-106.coolpic» v:shapes="_x0000_i1280">  — массовая доля кубового остатка.


<img width=«243» height=«27» src=«ref-1_1471665387-521.coolpic» v:shapes="_x0000_i1281">

<img width=«164» height=«37» src=«ref-1_1471665908-390.coolpic» v:shapes="_x0000_i1282">

<img width=«147» height=«24» src=«ref-1_1471666298-286.coolpic» v:shapes="_x0000_i1283">

<img width=«123» height=«24» src=«ref-1_1471666584-252.coolpic» v:shapes="_x0000_i1284">
Тепловая нагрузка по исходному веществу, в количестве <img width=«75» height=«21» src=«ref-1_1471666836-174.coolpic» v:shapes="_x0000_i1285"> кг/с, рассчитывается по формуле:
<img width=«104» height=«24» src=«ref-1_1471667010-208.coolpic» v:shapes="_x0000_i1286"> (4.76)
где <img width=«16» height=«25» src=«ref-1_1471667218-97.coolpic» v:shapes="_x0000_i1287">  — температуры смеси;

<img width=«23» height=«24» src=«ref-1_1471667315-107.coolpic» v:shapes="_x0000_i1288">  — теплоёмкость исходной смеси, при средней температуре, [2 рис. XI с. 562], <img width=«100» height=«41» src=«ref-1_1471664319-397.coolpic» v:shapes="_x0000_i1289">.
<img width=«175» height=«32» src=«ref-1_1471667819-447.coolpic» v:shapes="_x0000_i1290"> (4.77)
где <img width=«21» height=«27» src=«ref-1_1471572723-106.coolpic» v:shapes="_x0000_i1291">  — массовая доля исходной смеси.
<img width=«243» height=«27» src=«ref-1_1471668372-519.coolpic» v:shapes="_x0000_i1292">

<img width=«163» height=«37» src=«ref-1_1471668891-383.coolpic» v:shapes="_x0000_i1293">
Подставим численные значения, получим:
<img width=«147» height=«24» src=«ref-1_1471669274-284.coolpic» v:shapes="_x0000_i1294">

<img width=«116» height=«24» src=«ref-1_1471669558-240.coolpic» v:shapes="_x0000_i1295">


Тепловая нагрузка аппарата по дистилляту, в количестве Р=0,352 кг/с, рассчитывается по формуле:
<img width=«99» height=«24» src=«ref-1_1471669798-200.coolpic» v:shapes="_x0000_i1296"> (4.78)
где <img width=«16» height=«24» src=«ref-1_1471669998-95.coolpic» v:shapes="_x0000_i1297">  — температура дистиллята, взятая из диаграммы t-х,y, 0С;

<img width=«21» height=«24» src=«ref-1_1471670093-106.coolpic» v:shapes="_x0000_i1298">  — теплоёмкость дистиллята, при температуре <img width=«16» height=«24» src=«ref-1_1471669998-95.coolpic» v:shapes="_x0000_i1299">, [2 рис. XI с. 562], <img width=«100» height=«41» src=«ref-1_1471664319-397.coolpic» v:shapes="_x0000_i1300">.
<img width=«172» height=«32» src=«ref-1_1471670691-443.coolpic» v:shapes="_x0000_i1301"> (4.79)
где <img width=«20» height=«27» src=«ref-1_1471572619-104.coolpic» v:shapes="_x0000_i1302">  — массовая доля дистиллята.
<img width=«240» height=«27» src=«ref-1_1471671238-523.coolpic» v:shapes="_x0000_i1303">

<img width=«164» height=«37» src=«ref-1_1471671761-383.coolpic» v:shapes="_x0000_i1304">
Подставим численные значения, получим:
<img width=«143» height=«24» src=«ref-1_1471672144-272.coolpic» v:shapes="_x0000_i1305">

<img width=«109» height=«24» src=«ref-1_1471672416-236.coolpic» v:shapes="_x0000_i1306">
Для дефлегматора тепловая нагрузка аппарата составит:
<img width=«140» height=«27» src=«ref-1_1471672652-382.coolpic» v:shapes="_x0000_i1307"> (4.80)
где <img width=«19» height=«25» src=«ref-1_1471673034-99.coolpic» v:shapes="_x0000_i1308">  — удельная теплота парообразования дистиллята, при <img width=«16» height=«24» src=«ref-1_1471669998-95.coolpic» v:shapes="_x0000_i1309">, Дж/кг.


<img width=«156» height=«32» src=«ref-1_1471673228-420.coolpic» v:shapes="_x0000_i1310"> (4.81)

<img width=«268» height=«27» src=«ref-1_1471673648-572.coolpic» v:shapes="_x0000_i1311">

<img width=«137» height=«35» src=«ref-1_1471674220-330.coolpic» v:shapes="_x0000_i1312">

<img width=«217» height=«27» src=«ref-1_1471674550-496.coolpic» v:shapes="_x0000_i1313">

<img width=«131» height=«25» src=«ref-1_1471675046-278.coolpic» v:shapes="_x0000_i1314">
Подставим эти численные значения в уравнение теплового баланса и определим количество тепла, которое необходимо подводить к кипятильнику:
<img width=«325» height=«27» src=«ref-1_1471675324-638.coolpic» v:shapes="_x0000_i1315">

<img width=«117» height=«24» src=«ref-1_1471675962-244.coolpic» v:shapes="_x0000_i1316">
Для подогрева используют насыщенный водяной пар давлением 0,3 МПа. Температура конденсации <img width=«92» height=«25» src=«ref-1_1471676206-209.coolpic» v:shapes="_x0000_i1317"> Характеристики конденсации при этой температуре: <img width=«151» height=«24» src=«ref-1_1471676415-293.coolpic» v:shapes="_x0000_i1318"> Расход греющего пара вычисляется по формуле:
<img width=«68» height=«45» src=«ref-1_1471676708-224.coolpic» v:shapes="_x0000_i1319"> (4.82)

<img width=«196» height=«41» src=«ref-1_1471676932-477.coolpic» v:shapes="_x0000_i1320">



3. Подробный расчёт подогревателя исходной смеси
Рассчитать и подобрать нормализованный кожухотрубчатый теплообменника для подогрева исходной смеси, насыщенным водяным паром. Начальная температура исходной смеси, в количестве Gсм=5000 кг/ч (1,3889 кг/с), t1н=20 0С, конечная t1к=95 0С.

Давление насыщенного водяного пара составляет 3 атм, температура конденсации насыщенного водяного пара составляет 133 0С; удельная теплота парообразования равна 2171000 Дж/кг.

Потери в окружающую среду примем 5%.

Определяем тепловую нагрузку аппарата:
<img width=«149» height=«27» src=«ref-1_1471677409-372.coolpic» v:shapes="_x0000_i1321"> (5.83)
где <img width=«21» height=«24» src=«ref-1_1471677781-102.coolpic» v:shapes="_x0000_i1322">  — теплоёмкость смеси при средней температуре, [2 рис. XI с. 562], Дж/(кг∙К).
<img width=«501» height=«41» src=«ref-1_1471677883-1102.coolpic» v:shapes="_x0000_i1323">

<img width=«183» height=«27» src=«ref-1_1471678985-446.coolpic» v:shapes="_x0000_i1324">

<img width=«104» height=«21» src=«ref-1_1471679431-219.coolpic» v:shapes="_x0000_i1325">
Определение расхода горячего теплоносителя:
<img width=«227» height=«29» src=«ref-1_1471679650-520.coolpic» v:shapes="_x0000_i1326"> (5.84)

<img width=«92» height=«35» src=«ref-1_1471680170-305.coolpic» v:shapes="_x0000_i1327">

<img width=«128» height=«41» src=«ref-1_1471680475-377.coolpic» v:shapes="_x0000_i1328">

<img width=«113» height=«32» src=«ref-1_1471680852-270.coolpic» v:shapes="_x0000_i1329">


Определяем полезную разность температур:
<img width=«488» height=«313» src=«ref-1_1471681122-18799.coolpic» v:shapes="_x0000_i1330">

Рисунок 10 – Зависимость изменения температуры теплоносителей от поверхности теплообмена.
<img width=«156» height=«51» src=«ref-1_1471699921-504.coolpic» v:shapes="_x0000_i1331"> <img width=«141» height=«45» src=«ref-1_1471700425-381.coolpic» v:shapes="_x0000_i1332">

<img width=«225» height=«65» src=«ref-1_1471700806-675.coolpic» v:shapes="_x0000_i1333">
Ориентировочный выбор теплообменника.

Рассчитываем ориентировочную поверхность теплопередачи Sор.
<img width=«101» height=«47» src=«ref-1_1471701481-294.coolpic» v:shapes="_x0000_i1334"> (5.85)
где Q– тепловая нагрузка аппарата, Вт;

<img width=«27» height=«25» src=«ref-1_1471701775-122.coolpic» v:shapes="_x0000_i1335">  — полезная разность температур, 0С;

<img width=«27» height=«25» src=«ref-1_1471701897-118.coolpic» v:shapes="_x0000_i1336">  — ориентировочное значение коэффициента теплопередачи, [1 таб. 2.1 с.47], Вт/(м2∙К).

Зададимся ориентировочным коэффициентом теплопередачи Кор=240 Вт/(м2∙К).
<img width=«95» height=«41» src=«ref-1_1471702015-307.coolpic» v:shapes="_x0000_i1337">

<img width=«96» height=«27» src=«ref-1_1471702322-219.coolpic» v:shapes="_x0000_i1338">
Если у одного из теплоносителей нет изменения агрегатного состояния, в данном случае у исходной смеси, то необходимо задаться турбулентным режимом движения теплоносителя, так как при этом режиме движения жидкости наибольший коэффициент теплоотдачи. Принимаем Re=12000. Стандартные диаметры труб: 25<img width=«12» height=«13» src=«ref-1_1471702541-81.coolpic» v:shapes="_x0000_i1339">2. Тогда при Re=12000
<img width=«104» height=«45» src=«ref-1_1471702622-321.coolpic» v:shapes="_x0000_i1340"> (5.86)

<img width=«580» height=«32» src=«ref-1_1471702943-1071.coolpic» v:shapes="_x0000_i1341"><img width=«464» height=«33» src=«ref-1_1471704014-962.coolpic» v:shapes="_x0000_i1342">

<img width=«273» height=«47» src=«ref-1_1471704976-711.coolpic» v:shapes="_x0000_i1343">
Тогда число труб на один ход составит:
<img width=«113» height=«47» src=«ref-1_1471705687-428.coolpic» v:shapes="_x0000_i1344"> (5.87)

<img width=«256» height=«45» src=«ref-1_1471706115-673.coolpic» v:shapes="_x0000_i1345">
Выбираем теплообменник [1.табл. 2.3 с. 51].

Поверхность теплообмена S=10 м2.

Длина труб L=2,0 м.

Общее число труб n=62 шт.

Число ходов z=1

Диаметр труб d=25x2 мм.

Диаметр кожуха D=325 мм.

 Пересчитываем скорость движения исходной смеси:
<img width=«133» height=«47» src=«ref-1_1471706788-514.coolpic» v:shapes="_x0000_i1346"> (5.88)

<img width=«264» height=«45» src=«ref-1_1471707302-611.coolpic» v:shapes="_x0000_i1347">
Пересчитаем критерий Рейнольдса:
<img width=«129» height=«45» src=«ref-1_1471707913-453.coolpic» v:shapes="_x0000_i1348"> (5.89)

<img width=«208» height=«44» src=«ref-1_1471708366-648.coolpic» v:shapes="_x0000_i1349">
Режим движения исходной жидкости, по трубному пространству, переходный, так как 2320<Re<10000.

Рисуем схему теплопередачи через стенку:

Рассчитываем действительное значение коэффициента теплопередачи:
<img width=«143» height=«65» src=«ref-1_1471709014-490.coolpic» v:shapes="_x0000_i1350"> (5.90)
где <img width=«19» height=«24» src=«ref-1_1471709504-99.coolpic» v:shapes="_x0000_i1351"> и <img width=«20» height=«24» src=«ref-1_1471709603-100.coolpic» v:shapes="_x0000_i1352">- коэффициент теплоотдачи соответственно от горячего теплоносителя к стенке и от стенки к холодному теплоносителю, Вт/(м2∙К);

<img width=«168» height=«45» src=«ref-1_1471709703-488.coolpic» v:shapes="_x0000_i1353">  — термическое сопротивление стенки.

Задаёмся tст1=130 0С. Определяем П– коэффициент теплоотдачи для пара, конденсирующегося на пучке вертикальных труб:
<img width=«175» height=«52» src=«ref-1_1471710191-720.coolpic» v:shapes="_x0000_i1354"> (5.91)
<img width=«555» height=«177» src=«ref-1_1471710911-3145.coolpic» v:shapes="_x0000_i1355">
<img width=«248» height=«51» src=«ref-1_1471714056-821.coolpic» v:shapes="_x0000_i1356">

<img width=«155» height=«33» src=«ref-1_1471714877-351.coolpic» v:shapes="_x0000_i1357">
Удельное количество тепла передаваемое от пара к стенке:
<img width=«381» height=«33» src=«ref-1_1471715228-818.coolpic» v:shapes="_x0000_i1358">
Определяем термическое сопротивление стенок с учетом загрязнения:
<img width=«163» height=«43» src=«ref-1_1471716046-541.coolpic» v:shapes="_x0000_i1359"> (5.92)
где <img width=«35» height=«25» src=«ref-1_1471716587-122.coolpic» v:shapes="_x0000_i1360"> и <img width=«40» height=«25» src=«ref-1_1471716709-130.coolpic» v:shapes="_x0000_i1361">- термическое сопротивление стенки соответственно со стороны насыщенного пара и со стороны смеси, [1 таб. 2.2 с. 48];

<img width=«16» height=«20» src=«ref-1_1471716839-175.coolpic» v:shapes="_x0000_i1362">  — толщина стенки, мм;

<img width=«16» height=«20» src=«ref-1_1471717014-168.coolpic» v:shapes="_x0000_i1363">  — коэффициент теплопроводности стенки, Вт/(м∙К).
<img width=«340» height=«44» src=«ref-1_1471717182-841.coolpic» v:shapes="_x0000_i1364">
Находим температуру стенки со стороны холодного теплоносителя.
<img width=«109» height=«49» src=«ref-1_1471718023-469.coolpic» v:shapes="_x0000_i1365"> (5.93)

<img width=«144» height=«24» src=«ref-1_1471718492-353.coolpic» v:shapes="_x0000_i1366">

<img width=«257» height=«25» src=«ref-1_1471718845-424.coolpic» v:shapes="_x0000_i1367">
Находим коэффициент теплоотдачи от стенки к исходной смеси — см.
<img width=«77» height=«45» src=«ref-1_1471719269-243.coolpic» v:shapes="_x0000_i1368"> (5.94)
где <img width=«25» height=«19» src=«ref-1_1471719512-107.coolpic» v:shapes="_x0000_i1369">  — критерий Нуссельта, для переходного режима движения жидкости;

<img width=«15» height=«19» src=«ref-1_1471655001-90.coolpic» v:shapes="_x0000_i1370">  — коэффициент теплопроводности смеси при средней температуре смеси, [2 рис. Xс.561], Вт/(м∙К);
<img width=«153» height=«41» src=«ref-1_1471719709-349.coolpic» v:shapes="_x0000_i1371">

<img width=«172» height=«32» src=«ref-1_1471720058-449.coolpic» v:shapes="_x0000_i1372">

<img width=«260» height=«27» src=«ref-1_1471720507-543.coolpic» v:shapes="_x0000_i1373">

<img width=«143» height=«32» src=«ref-1_1471721050-324.coolpic» v:shapes="_x0000_i1374">


<img width=«20» height=«24» src=«ref-1_1471721374-106.coolpic» v:shapes="_x0000_i1375">  — эквивалентный диаметр, мм.

Так как режим движения смеси по трубному пространству переходный, следовательно критерий Нуссельта определим из графика зависимости <img width=«109» height=«73» src=«ref-1_1471721480-441.coolpic» v:shapes="_x0000_i1376"> от критерия Рейнольдса в переходной области.
<img width=«145» height=«73» src=«ref-1_1471721921-507.coolpic» v:shapes="_x0000_i1377">
где Pr, Prст – критерий Прандтля соответственно при температуре жидкости и при температуре стенки [2 рис.XIIIс.564].

Отсюда находим критерий Нуссельта:
<img width=«181» height=«53» src=«ref-1_1471722428-514.coolpic» v:shapes="_x0000_i1378">
где <img width=«28» height=«24» src=«ref-1_1471722942-121.coolpic» v:shapes="_x0000_i1379"> и <img width=«29» height=«24» src=«ref-1_1471723063-121.coolpic» v:shapes="_x0000_i1380">  — критерий Прандтля соответственно при средней температуре смеси и температуре стенки:
<img width=«179» height=«32» src=«ref-1_1471723184-469.coolpic» v:shapes="_x0000_i1381">

<img width=«213» height=«27» src=«ref-1_1471723653-475.coolpic» v:shapes="_x0000_i1382">

<img width=«77» height=«24» src=«ref-1_1471724128-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1383">

<img width=«225» height=«27» src=«ref-1_1471724313-491.coolpic» v:shapes="_x0000_i1384">

<img width=«76» height=«24» src=«ref-1_1471724804-183.coolpic» v:shapes="_x0000_i1385">
Тогда критерий Нуссельта:


<img width=«191» height=«51» src=«ref-1_1471724987-520.coolpic» v:shapes="_x0000_i1386">

<img width=«75» height=«21» src=«ref-1_1471725507-176.coolpic» v:shapes="_x0000_i1387">
Подставляя численные значения, получим:
<img width=«112» height=«44» src=«ref-1_1471725683-330.coolpic» v:shapes="_x0000_i1388">

<img width=«59» height=«19» src=«ref-1_1471726013-145.coolpic» v:shapes="_x0000_i1389">
Рассчитываем удельный тепловой поток от стенки к холодному теплоносителю:
<img width=«123» height=«27» src=«ref-1_1471726158-334.coolpic» v:shapes="_x0000_i1390">

<img width=«149» height=«27» src=«ref-1_1471726492-377.coolpic» v:shapes="_x0000_i1391">

<img width=«77» height=«24» src=«ref-1_1471726869-184.coolpic» v:shapes="_x0000_i1392">
Условием стационарного теплообмена является q=const. q1≠q2.

Снова задаёмся tст1и повторяем расчёт.

tст1=129 0С. Определяем П– коэффициент теплоотдачи для пара, конденсирующегося на пучке вертикальных труб:
<img width=«180» height=«52» src=«ref-1_1471727053-738.coolpic» v:shapes="_x0000_i1393">
<img width=«562» height=«150» src=«ref-1_1471727791-2702.coolpic» v:shapes="_x0000_i1394">

<img width=«182» height=«31» src=«ref-1_1471730493-317.coolpic» v:shapes="_x0000_i1395">
<img width=«253» height=«51» src=«ref-1_1471730810-854.coolpic» v:shapes="_x0000_i1396">

<img width=«155» height=«33» src=«ref-1_1471731664-350.coolpic» v:shapes="_x0000_i1397">
Удельное количество тепла, передаваемое от пара к стенке:
<img width=«413» height=«35» src=«ref-1_1471732014-984.coolpic» v:shapes="_x0000_i1398">

<img width=«144» height=«24» src=«ref-1_1471718492-353.coolpic» v:shapes="_x0000_i1399">

<img width=«256» height=«25» src=«ref-1_1471733351-425.coolpic» v:shapes="_x0000_i1400">
Находим коэффициент теплоотдачи от стенки к исходной смеси — см.
<img width=«77» height=«45» src=«ref-1_1471719269-243.coolpic» v:shapes="_x0000_i1401">
где <img width=«25» height=«19» src=«ref-1_1471719512-107.coolpic» v:shapes="_x0000_i1402">  — критерий Нуссельта, для переходного режима движения жидкости;

<img width=«15» height=«19» src=«ref-1_1471655001-90.coolpic» v:shapes="_x0000_i1403">  — коэффициент теплопроводности смеси при средней температуре смеси, Вт/(м∙К);

<img width=«20» height=«24» src=«ref-1_1471721374-106.coolpic» v:shapes="_x0000_i1404">  — эквивалентный диаметр, мм.

Так как режим движения смеси по трубному пространству переходный, следовательно критерий Нуссельта определим из графика зависимости <img width=«109» height=«73» src=«ref-1_1471721480-441.coolpic» v:shapes="_x0000_i1405"> от критерия Рейнольдса в переходной области.


<img width=«145» height=«73» src=«ref-1_1471721921-507.coolpic» v:shapes="_x0000_i1406">
где Pr, Prст – критерий Прандтля соответственно при температуре жидкости и при температуре стенки.

Отсюда находим критерий Нуссельта:
<img width=«181» height=«53» src=«ref-1_1471722428-514.coolpic» v:shapes="_x0000_i1407">
где <img width=«28» height=«24» src=«ref-1_1471722942-121.coolpic» v:shapes="_x0000_i1408"> и <img width=«29» height=«24» src=«ref-1_1471723063-121.coolpic» v:shapes="_x0000_i1409">  — критерий Прандтля соответственно при средней температуре смеси и температуре стенки:
<img width=«179» height=«32» src=«ref-1_1471723184-469.coolpic» v:shapes="_x0000_i1410">

<img width=«213» height=«27» src=«ref-1_1471723653-475.coolpic» v:shapes="_x0000_i1411">

<img width=«77» height=«24» src=«ref-1_1471724128-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1412">

<img width=«228» height=«27» src=«ref-1_1471737155-497.coolpic» v:shapes="_x0000_i1413">

<img width=«79» height=«24» src=«ref-1_1471737652-184.coolpic» v:shapes="_x0000_i1414">
Тогда критерий Нуссельта:
<img width=«189» height=«51» src=«ref-1_1471737836-519.coolpic» v:shapes="_x0000_i1415">

<img width=«81» height=«21» src=«ref-1_1471738355-187.coolpic» v:shapes="_x0000_i1416">
Подставляя численные значения получим:
<img width=«119» height=«44» src=«ref-1_1471738542-342.coolpic» v:shapes="_x0000_i1417">

<img width=«59» height=«19» src=«ref-1_1471738884-143.coolpic» v:shapes="_x0000_i1418">
Рассчитываем удельный тепловой поток от стенки к холодному теплоносителю:
<img width=«123» height=«27» src=«ref-1_1471726158-334.coolpic» v:shapes="_x0000_i1419">

<img width=«147» height=«27» src=«ref-1_1471739361-374.coolpic» v:shapes="_x0000_i1420">

<img width=«77» height=«24» src=«ref-1_1471739735-180.coolpic» v:shapes="_x0000_i1421">
Условием стационарного теплообмена является q=const. q1≠q2.

Строим график зависимости удельного теплового потока от температуры стенки.

Из графика находим:
<img width=«157» height=«33» src=«ref-1_1471739915-351.coolpic» v:shapes="_x0000_i1422">

<img width=«117» height=«25» src=«ref-1_1471740266-238.coolpic» v:shapes="_x0000_i1423">

<img width=«84» height=«47» src=«ref-1_1471740504-252.coolpic» v:shapes="_x0000_i1424">

<img width=«203» height=«41» src=«ref-1_1471740756-469.coolpic» v:shapes="_x0000_i1425">
Находим истинное значение поверхности теплопередачи
<img width=«79» height=«45» src=«ref-1_1471741225-236.coolpic» v:shapes="_x0000_i1426">

<img width=«157» height=«41» src=«ref-1_1471741461-403.coolpic» v:shapes="_x0000_i1427">
Запас площади составляет:


<img width=«169» height=«41» src=«ref-1_1471741864-389.coolpic» v:shapes="_x0000_i1428">
Оставляем выбранный нормализованный кожухотрубчатый подогреватель исходной смеси от температуры 20 0С до, температуры входа в колонну, 95 0С, эта температура является температурой кипения смеси.



    продолжение
--PAGE_BREAK--