Расчет подогревателя сырья горячей водой

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчет подогревателя сырья горячей водой

Багдасарян Н.С.

Исходные данные на проектирование

Рассчитать подогреватель сырья ректификационной колонны. Состав сырья: уксусная к-та х`ук 55% масс., бутиловый спирт х`бс 45% масс. Расход сырья G2=27500 кг/час. Начальная температура сырья на входе в подогреватель t2н=20 0С. Температура сырья на выходе из аппарата равна температуре начала кипения смеси. t2к tнк Давление на входе в аппарат Р2=0,15 Мпа=1125,28 мм рт. ст. В качестве теплоносителя использовать насыщенный водяной пар. Давление пара выбрать и обосновать выбор.

1. Пересчёт массовых концентраций в молярные

По формуле определим молярные доли уксусной кислоты и бутилового спирта

Для уксусной кислоты:

Для бутилового спирта:

2. Определение температуры начала кипения

Ориентируясь на температуры кипения чистых бутилового спирта и уксусной кислоты при атмосферном давлении (приложение 1), принимаем температуру 117°С

Для этой температуры по уравнению Антуана вычисляем давления пара бутилового спирта и уксусной кислоты. Значения коэффициентов уравнения Антуана берём из приложения 7 и сводим в табл.

Значения коэффициентов уравнения Антуана

Давление уксусной кислоты при 117°С

Давление бутилового спирта при 117°С

Найдём значение суммы в уравнении изотермы жидкой фазы

Принимаем второе значение температуры 135°С и повторяем расчёт:

Используем метод линейной интерполяции и находим значение температуры, при которой наша смесь начнёт кипеть

t2к tнк 130С

Уравнение прямой АС

y = 0,0272x - 2,5238

3. Выбор температуры и давления насыщенного водяного пара

В нашем примере конечная температура углеводородного сырья равна 129,55°С. Следовательно, температура горячего потока должна быть не менее 159°С. По приложению 9 принимаем в качестве теплоносителя насыщенный водяной пар давлением 0,6867 МПа (7 ат), который имеет температуру 164,2°С

4. Вычисление средней разности температур между горячим и холодным потоками

С

С

Средняя разность температур рассчитываем по формуле

С

5. Формирование банка теплофизических свойств веществ

молярный теплофизический кипение

В нашем примере температура горячего потока постоянна, поэтому средняя температура холодного потока в соответствии с формулой составит величину

С

Свойства индивидуальных компонентов холодного потока (бензол и толуол) найдём по приложениям 2ч5 и сведём в табл.

Теплофизические свойства бутилового спирта и уксусной кислоты при 85°С

Свойства смеси уксусной кислоты и бутилового спирта

- Плотность

Отсюда

- Вязкость

Тогда

- Теплоемкость

- Теплопроводность

Выбираем меньшее значение

Свойства парового конденсата (воды) берём из приложения 8. Все полученные значения сводим в

6. Определение тепловой нагрузки и расхода пара

Теоретический расход пара

где r1 - теплота конденсации водяного пара, взята из приложения 9

Фактический расход пара:

Ориентировочное значения коэффициента теплопередачи Кор.

Вычислим ориентировочную площадь поверхности теплопередачи Fор

Зададимся величиной критерия Рейнольдса для трубного пространства, например, 20000 (т.е. Reтр Re2 20000), примем диаметр труб dЧд=25Ч2 мм и вычислим необходимое число труб n на один ход.

Выразим значение средней скорости потока в трубах из уравнения расхода

Теперь подставим полученное выражение в формулу для вычисления критерия Рейнольдса, выразим из полученного уравнения число труб на один ход n и вычислим его величину

7. Выбор аппарата по ГОСТу

У нас есть два параметра для выбора аппарата: ориентировочная площадь поверхности теплопередачи Fор=87,42м2 и требуемое число труб, при котором нагреваемое сырьё будет иметь развитое турбулентное движение, n = 39 шт. По приложению 11 выбираем нормализованный аппарат со следующими характеристиками

молярный теплофизический кипение

Поверочный расчёт

2. Вычисляем скорость нагреваемого сырья в трубах выбранного аппарата w2. Эта величина определяется из уравнения расхода. Будем помнить, что выбран четырехходовой аппарат, и поэтому общее число труб 206 разделим на число ходов 4 и получим число труб на один ход n=51,5:

3. Определим значение критерия Рейнольдса и режим движения нагреваемой жидкости в трубах:

т.е. получили турбулентное движение потока в трубах.

. Для вычисления значения критерия Нуссельта для нагреваемого сырья при турбулентном движении потока внутри труб

Определение коэффициента теплоотдачи б1 от конденсирующегося водяного пара к трубам трубного пучка (межтрубное пространство).

Нахождение расчётного коэффициента теплопередачи при вертикальной и горизонтальной установке теплообменника без учёта потенциальных загрязнений теплопередающей поверхности и с учётом этих загрязнений.

=46, 5=2 мм.

Теперь учтём появление загрязнений как со стороны водяного пара, так и со стороны нагреваемого сырья. Согласно рекомендациям примем их численные значения равными 5800 . Тогда расчётные коэффициенты теплопередачи запишутся как

K<a2 Следовательно, значение б1 можно было и не рассчитывать, а принять из рекомендованного диапазона 10000ч12000

16. Расчёт требуемой площади поверхности теплопередачи и определение запаса этой площади.

Запас площади поверхности теплопередачи составит

Этот запас укладывается в нормы технологического проектирования 10ч30. Таким образом, мы нашли теплообменник, который позволит справиться с поставленной задачей - нагревать 2331997 кг/час смеси уксусной кислоты и бутилового спирта от 15 до 164°С, используя в качестве теплоносителя насыщенный водяной пар

Расчёт диаметров штуцеров.

Расчёт диаметра штуцеров А и Б (трубное пространство) при допустимой скорости 1,5 м/с:

Согласно ГОСТу (приложение 13), при диаметре кожуха 600 мм диаметр условного прохода для межтрубного пространства составля-150 мм. Следовательно, диаметры проходят с большим запасом. Принимаем к установке штуцера А и Б 150 мм.

Приведем расчёт диаметра штуцера В для ввода водяного пара (межтрубное пространство). Примем допустимую скорость 30 м/с (табл. 10.6). Плотность насыщенного водяного пара возьмём из приложения 9:

Выполним расчёт диаметра штуцера Г для вывода конденсата (межтрубное пространство). Примем скорость движения конденсата 0,2 м/с (табл. 10.6). Плотность конденсата (воды) возьмём из табл. 10.3. Тогда расчётный диаметр штуцера

Согласно ГОСТу (приложение 13), при диаметре кожуха 400 мм диаметр условного прохода для межтрубного пространства составляет 200 м. Принимаем к установке диаметр штуцера для вывода конденсата водяного пара 200 мм

Размещено на Allbest.ru