Ректификационная колонна

t_В – температура окружающей среды (воздуха), ⁰С, t_В = 20 ⁰С;

λ_Н – коэффициент теплопроводности изоляционного материала, .

α_В = 9,3 + 0,058 ^. 40 = 11,62 .

В качестве материала для тепловой изоляции выбираем совелит (85% магнезии + 15% асбеста), имеющий коэффициент теплопроводности λ_Н = 0,098 . 

     Таким образом, для колонны, работающей под  атмосферным давлением, толщина  стенки обечайки 5 мм и толщина днища 5 мм обеспечивают надёжность конструкции. Для исключения влияния температуры  со стороны окружающей среды на процесс, происходящий в колонне, применяем  тепловую изоляцию, равную 43 мм. 
 
 
 
 
 
 

9. Расчёт и выбор вспомогательного оборудования 

9.1. Расчёт диаметра трубопроводов

1. Диаметр от первого насоса:

 

где M = F = 8,8 кг/с.  
 
 

По ГОСТу  выбираем диаметр трубопровода d = 76 х 4,0 Мм [7].

2. Диаметр трубопровода на выходе из колонны в дефлегматор:

 
 
 

По ГОСТу  выбираем диаметр трубопровода d = 95 х 4 мм.

3. Диаметр трубопровода для подачи пара в подогреватель:

 
 
 

r_{(гр. пара)} = 2,120 кг/м³.                                      [2, табл. LVII] 

По ГОСТу  выбираем диаметр трубопровода d = 133 х 4 мм.

4. . Диаметр трубопровода на выходе из колонны в кипятильник:

M = F + Ф = 13,22 кг/с. 
 

По ГОСТу  выбираем диаметр трубопровода d = 108 х 6,0 мм.

4. Диаметр трубопровода на выходе из водяного холодильника кубового

остатка:

Q = V_B = 0,023 .

По ГОСТу  выбираем диаметр трубопровода d = 159 х 5,0 мм.

6. Диаметр  трубопровода на выходе из  кипятильника:

M = G_Г.П. = 0,53 кг/с. 
 

По ГОСТу  выбираем диаметр трубопровода d = 76 х 4,0 мм.

7. Диаметр  трубопровода на выходе из  водяного холодильника кубового

остатка в ёмкость  Е₂:

M = W = 7,9 кг/с. 
 

По ГОСТу  выбираем диаметр трубопровода d = 108 х 6 мм.

8. Диаметр  трубопровода на выходе из  водяного холодильника дистиллята в

ёмкость Е₃:

M = Р = 0,92 кг/с. 
 

По ГОСТу  выбираем диаметр трубопровода d = 38 х 2,0 мм.

9. Диаметр  трубопровода для выхода воды из водяного холодильника

дистиллята:

Q = V_B = 0,0017 . 

По ГОСТу  выбираем диаметр трубопровода d = 22 х 2 мм.

10. Диаметр  трубопровода для подачи воды  к водяному холодильнику кубового

остатка:

Q = V_B = 0,016 . 

По ГОСТу  выбираем диаметр трубопровода d = 95 х 5,0 мм. 

11. Диаметр  трубопровода, идущего от распределителя к водяному

холодильнику  дистиллята:

M = P = 0,92кг/с. 
 

По ГОСТу  выбираем диаметр трубопровода d = 38 х 2,0 мм.

12. Диаметр  трубопровода, идущего от распределителя  к колонне:

M = Ф = 4,42 кг/с. 
 

По ГОСТу  выбираем диаметр трубопровода d = 57 х 4,0 мм.

13. Диаметр  трубопровода, идущего от подогревателя  к колонне:

M = F = 8,8 кг/с. 
 

По ГОСТу  выбираем диаметр трубопровода d = 76 х 4,0 мм.

14. Диаметр  трубопровода, идущего от колонны к водяному холодильнику

кубового остатка:

M = W = 7,9 кг/с. 

По ГОСТу  выбираем диаметр трубопровода d =108 х 6 мм.

Таблица 5

Таблица штуцеров

9. 2. Расчёт теплообменного оборудования

9.1. Расчёт дефлегматора

     а) определим количество паров, выходящих  из колонны, по формуле:

G₁=Ф+P ,                                                                                          (106)                          

где Ф – количество флегмы, кг/с;

Р – количество дистиллята, кг/с. 
 

G₁ = 4,42 + 0,92 = 5,34 кг/с.

     б) тепловая нагрузка аппарата из теплового  баланса равна Q = Q_Д = Вт.

в) расход воды V₂ = 0,023 м³/с.

                                                                                                  (107)

где ρ₂ – плотность воды при 30 °С, равная 995 кг/м³.

G₂ = 0,023 *995 = 22,8 кг/с.

     г) определим среднюю разность температур:

     Тепло отводится водой с начальной температурой t_2H = 20 °С. Температура воды на выходе из холодильника t_2К = 40 °С. Тогда средняя температура воды в холодильнике t₂ = 30 °С.

Температурная схема:

        93,8→93,8

           40←20

     ——————

∆t_м = 53,8  ∆t_б = 73,8

Так как  то

Средняя разность температур:

                                                                                                        

     д) определим ориентировочное значение поверхности теплообмена:

Расчёт  ведём по формуле:

                                                                                        (108)

К_ор - коэффициент теплопередачи от конденсирующегося пара органической жидкости к воде.

В соответствии с таблицей [23] примем  К_ор = 500 .     

     Зададим числом Rе₂ = 15000, определим соотношение для конденсатора из труб диаметром d₀ = 25 х 2 мм: 

где n – общее число труб;

z – число ходов по трубному пространству;

d – внутренний диаметр труб, м;

μ₂ – вязкость воды при t = 30 ⁰C; μ₂ = 0,801 ^. 10^-3 Па ^. с. 

Наиболее  близкую к ориентировочной поверхность  теплопередачи имеет нормализованный  аппарат с длиной труб L = 6 м, F = 52 м².           [7, с.51]

Действительное  число Rе₂ равно: 

(Переходная  область)

Теплоотдача в переходной области (2300 < Re < 10000) в прямых трубах и каналах определяется по формуле: 

где Pr₂ - критерий Прандтля для воды: 

где с₂ = 4190 - средняя удельная теплоёмкость воды при 30⁰С     [21, рис. XI] 

λ₂ = 0,62   - коэффициент теплопроводности воды при 30⁰С            [21, рис. Х] 
 

Определим коэффициент теплоотдачи к воде по формуле: 
 

Определяем  коэффициент теплоотдачи для  пара, конденсирующегося на пучке  вертикальных труб.

Расчёт  осуществляем приближённо (без учёта  влияния поперечных перегородок) по формуле: 

где λ₁ = 0,14 - коэффициент теплопроводности этилацетата при температуре конденсации t = 93,8 ⁰С;                                                                                    [2, рис. Х]

ρ₁ = 796 - плотность этилацетата при 93,8 ⁰С;                                       [7, табл. IV]

μ₁ – вязкость этилацетата при t = 93,8 ⁰C, μ₁ = 0,21 ^. 10^-3 Па ^. с                  [7, табл. IХ]

Тогда коэффициент теплоотдачи для  пара, конденсирующегося на пучке  вертикальных труб, будет равен: 
 

Определим сумму термических сопротивлений  стенки стальных труб и загрязнений  со стороны воды и пара этилацетата: