Расчет теплового баланса установки

2.1.4 Расчет теплового баланса установки

Тепловой баланс ректификационной колонны выражается общим уравнением:

 

где Q_K – тепловая нагрузка куба; Q_D –количество теплоты, передаваемой от пара к воде; Q_пот – тепловые потери (5%);  -теплоёмкости соответствующие дистилляту, кубовому остатку и исходной смеси;  - температуры соответствующие дистилляту, кубовому остатку и исходной смеси(находим из диаграммы «Зависимость температуры от равновесных составов пара и жидкости» приложение 1):

, , .

Найдем удельную теплоту конденсации паров дистиллята по аддитивной формуле:

кДж/кг

где  - теплоты испарения ацетона и четыреххлористого углерода при температуре дистиллята , .

,

где исходные данные: A₁ =72.18; t _1кр=235.1; A₂=25.64; t_2кр=283.4

;

 .

Определим тепловую нагрузку дефлегматора по формуле:

кВт

Определим теплоёмкости смеси:

Для ацетона(1): c₀=2.11кДж/(кгК); с₁=0.0028 кДж/(кгК);

Для четыреххлористого углерода (2): c₀=0.85кДж/(кгК); с₁=0.00037 кДж/(кгК);

 ,

    

 

Тогда:

2.2 Гидравлический расчет насадочной колонны аппарата

бор рабочей скорости паров обусловлен многими факторами и обычно осуществляется путем технико-экономического расчета для каждого конкретного процесса. Для ректификационных колонн, работающих в пленочном режиме при атмосферном давление, рабочую скорость можно принять на 20% ниже скорости захлёбывания:

(26)

где  - скорость захлебывания пара, м/с;  – удельная поверхность насадки, м²/м³; V_св – свободный объём насадки, м³/м³; μ_ж – динамический коэффициент вязкости жидкости, мПа∙с;  и  - массовые расходы жидкой и паровой фаз, кг/с;  и  - плотность пара и жидкости соответственно, кг/м³.

Выбираем в качестве насадки - стальные кольца Рашига:

Кольца Рашига 25 мм:

в:

 

н:

Тогда рабочая скорость в верхней и нижней части колонны равна:

По рабочей скорости определяем диаметр колонны:

,

где объемный расход пара при рабочих условиях в колонне, м³/с.

;

;

Выбираем стандартный аппарат с диаметром 2.2 м, с кольцами Рашига диаметром 25мм и уточняем рабочую скорость по формуле:

 

Плотность орошения для верхней и нижней части колонны определяют по формуле:

,

где U – плотность орошения, м³/(м^2.с);

- объемный расход жидкости, м³/с;

S – площадь поперечного сечения колонны, м².

,

где D – диаметр колонны, м.

так как плотность орошения меньше допустимых значений, то необходимо выбрать кольца Рашига с меньшим диаметром.

Кольца Рашига 50 мм:

в:

 

н:

Тогда рабочая скорость в верхней и нижней части колонны равна:

По рабочей скорости определяем диаметр колонны:

,

где объемный расход пара при рабочих условиях в колонне, м³/с.

;

;

Выбираем стандартный аппарат с диаметром 2 м, с кольцами Рашига диаметром 50мм и уточняем рабочую скорость по формуле:

 

Плотность орошения для верхней и нижней части колонны определяют по формуле:

,

где U – плотность орошения, м³/(м^2.с);

- объемный расход жидкости, м³/с;

S – площадь поперечного сечения колонны, м².

,

где D – диаметр колонны, м.

Так как плотность орошения удовлетворяет допустимым значениям, то в дальнейших расчетах используем кольца Рашига диаметром 50 мм.

Активную поверхность насадки  находят по формуле:

,

где U – плотность орошения, м³/(м^2.с);

 - удельная поверхность насадки, м² /м³;

p, q – постоянные, зависящие от типа и размера насадки.

Для выбранных колец Рашига с диаметром 50 мм:

p=0.024, q=0.012.

Определим активную поверхность насадки в нижней и верхней части колонны:

Одной из важных характеристик аппарата является гидравлическое сопротивление насадки, который зависит от режима движения пара (газа). Для расчета необходимо определить число Рейнольдса:

,

где  - вязкость пара.

Определяем значения числа Рейнольдса для нижней и верхней части колонны:

Определяем коэффициент сопротивления для верхней и нижней части колонны:

Так как число Re_п>40, то

Определяем гидравлическое сопротивление для верхней и нижней части колонны:

 ,

где H=1 м – высота слоя.

Па/м

Па/м

,

где b- коэффициент, для колец Рашига 50 мм: b= 47^.10^-3.

=375.61 Па/м

=1093.32Па/м