Mathcad - ситчатая изопропанол-вода

λ

воды

0.43

0.61

×0.1×(9.72 ´ 103)

0.73

α1

d

=

×0.1×Red

0.73×Prd

=

×5.7030.43 = 1.314

´ 104

d

воды

к.э

воды

8 ´

− 3

10

− 3

1

1

ΣRхол.д

= 1×

10

+

+

= 5.744 ´ 10− 4

5800

2900

17.5

Kхол.д =

1

=

1

= 819.742

1

1

− 4

1

1

ΣRхол.д +

+

5.744 ´

10

+

+

α2d

1.756 ´ 103

α1d

1.314 ´ 104

Требуемая поверхность теплопередачи(м2):

Aхолд =

Qхол.д.

=

2.977 ´ 105

= 26.879

Kхол.д× Tхол.д.

819.742×13.513

Запас поверхности(%):

хол.д. = (Fт.о - Aхолд)×

100

= (31.5 - 26.879)×

100

= 14.671

F

31.5

т.о

8. Расчёт и подбор холодильника кубового остатка

twн = 96.8

(twк = 30)

Тепловая загрузка холодильника кубовой жидкости равна(Вт):

Qхол.к. = W×Cpw×(twн - twк) = 5.034×4.179 ´ 103×(96.8 - 30) = 1.405 ´ 106

Расход охлаждающей воды(кг/сек):

Gв.хол.к

=

Qхол.к.

=

1.405 ´ 106

= 56.05

Cpводы×(tводы.к - tводы.н)

4.179 ´ 103×(31 - 25)

Средняя движущая сила процесса равна:

((twн - tводы.н)) - (tводы.к

- twк)

96.8 - 25 - (31 - 30)

T

=

=

= 16.566

хол.к.

tw

- t

96.8 - 25

( н

воды.н)

ln

ln

(t

- tw )

31 -

30

воды.к

к

Ориентировочное значение коэффициента теплопередачи(Вт/м2*К):

Kор = 300

Ориентировочная поверхность теплопередачи(м2):

	Aхол.к.	=	Qхол.к.	=	1.405 ´ 106	= 282.78
			Kор× Tхол.к.		300×16.566

По ГОСТ 15518-83 выбираем пластинчатый теплообменник

Поверхность одной пластины(м2):

fпл = 0.6

Число пластин:

Nпл = 64

Поверхность теплообмена(м2):

Fт.о = 100

Эквивалентный диаметр канала(м):

dк.э = 0.0083

Поперечное сечение канала(м2):

Sкан = 0.00245

Приведённая длина канала(м):

Lприв.кан = 1.01

Теплопроводность кубовой жидкости(Вт/м*К):
(λw	) = 0.151
ТК
(λwЛК) = 0.683			) + Xw ×λw = 0.151×(1 - 0.02) + 0.02×0.683 = 0.162
λw	= λw ×(1 - Xw
х	ТК	масс		масс ЛК

Плотность кубовой жидкости(кг/м3):

ρwх.ЛК = 630 ρwх.ТК = 945

ρwх = ρwх.ЛК×Xwмасс + (1 - Xwмасс)×ρwх.ТК = 630×0.02 + (1 - 0.02)×945 = 938.7

Динамическая вязкость кубовой жидкости(Па*сек):

μwх.ЛК = 250×10− 6 μwх.ТК = 590×10− 6

μwх = μwх.ЛК×Xw + (1 - Xw)×μwх.ТК = 250×10− 6×6.085 ´ 10− 3 + (1 - 6.085 ´ 10− 3)×590×10− 6 = 5.879 ´ 10

Число пакетов по кубовой жидкости

zпак2= 6

Скорость дистиллята(м/сек):

ww.2

=

W

=

5.034

= 0.205

N

64

− 3

ρw ×

пл

×S

938.7×

×2.45

´ 10

6

х

z

кан

пак2

Rew = ww.2×dк.э×			ρwх	=	0.205×8.3 ´ 10− 3×			938.7		= 2.719 ´ 103
			μwх					5.879 ´ 10− 4
	μwх				3		5.879 ´ 10− 4
Prw = Cpw×			= 4.179		´ 10	×			= 15.201
	λwх						0.162

Коэффициент теплоотдачи к кубовой жидкости(Вт/м2*К):

λw

0.162

×0.1×(2.719 ´ 103)

0.73

α2

w

=

х

×0.1×Rew0.73×Prw0.43

=

×15.2010.43 = 2.018

´ 103

d

− 3

к.э

8.3 ´ 10

Число пакетов по охлаждающей воде

zпак1= 6

Скорость охлаждающей воды(м/сек):

ww1 =

Gв.хол.к

=

56.05

= 2.153

N

64

− 3

ρ

×

пл

×S

996.2×

×2.45 ´ 10

6

воды

z

кан

пак1

Rewводы = ww1×dк.э×

ρводы

= 2.153×8.3 ´ 10−

3×

996.2

= 2.137 ´ 104

μводы

833×10− 6

Prw

= Cp

×

μводы

=

4178.8×

833×10− 6

= 5.703

воды

воды

λ

воды

0.6104

Коэффициент теплоотдачи к охлаждающей воде(Вт/м2*К):

λ

0.43

0.61

×0.1×(2.137 ´ 104)

0.73

α1

w

=

воды

×0.1×Rew

0.73×Prw

=

×5.7030.43 = 2.251

´ 10

d

к.э

воды

воды

8.3 ´ 10

− 3

− 3

10

1

1

= 5.744 ´ 10− 4

ΣRхол.к

= 1×

+

+

5800

2900

17.5

Kхол.к =

1

=

1

= 897.308

1

1

− 4

1

1

ΣRхол.д +

+

5.744 ´

10

+

+

α2w

2.251 ´ 104

α1w

2.018 ´ 103

Требуемая поверхность теплопередачи(м2):

Aхолк =

Qхол.к.

=

1.405 ´ 106

= 94.543

Kхол.к×

Tхол.к.

897.308×16.566

Запас поверхности(%):

	=	(F	- Aхол )×	100	= (100 - 94.543)×	100	= 5.457
хол.к.				F
		т.о	к		100
				т.о

9. Подбор конденсатоотводчиков

Коэффициент пропускной способности подогревателя(т/час)

								3600						0.575×0.791×		3.6 ´ 103
		0.575×Gf			пара	×								1 ´ 103
kпод	=							1000					=							= 3.697
								10	4								4
				- 1)×9.81×										(3 - 1)×9.81×			10
		(3
									6
								10									6
																	10

Выбираем конденсатоотводчик Dу=20

							3600						0.575×2.785×		3.6 ´ 103
		0.575×Gw			пара	×							1 ´ 103
kисп	=						1000					=							= 13.015
							10	4								4
				- 1)×9.81×									(3 - 1)×9.81×			10
		(3
								6
							10									6
																10

Выбираем конденсатоотводчик Dу=25

6. Подбор емкостей

Плотности смесей при 20 град.Цельсия(кг/м3):

(ρЛК.30 = 779)

ρТК.30 = 1000

(ρf

= ρ

ЛК.30

×Xf

масс

+

(1 - Xf

)×ρ

ТК.30

= 779×0.28 + (1 - 0.28)×1000 = 938.12

)

30

масс

(ρd

30

= ρ

ЛК.30

×Xd

масс

+ (1 - Xd

)×ρ

ТК.30

= 779×0.85 + (1 - 0.85)×1000 = 812.15

)

масс

(ρw

= ρ

ЛК.30

×Xw

+ (1 - Xw

)×ρ

ТК.30

= 779×0.02 + (1 - 0.02)×1000 = 995.58

)

30

масс

масс

Емкость исходной смеси(м3):

=

F×

3600

=

7.33×

3600

= 28.129

Vf

ρf30

938.12

Выбираем стандартный объём емкости V=30.0 м3

3600

3.6 ´

3

Vd = D×

= 2.296×

10

= 10.178

ρd30

812.15

Выбираем стандартный объём емкости V=10 м3

Емкость кубовой жидкости(м3):

3600

3

Vw = W×

= 5.034×

3.6 ´ 10

= 18.202

ρw30

995.58

Выбираем стандартный объём емкости V=25 м3

7. Подбор трубопроводов

1. Трубопровод емкость исходной смеси-ректификационная колонна(м):

Скорость смеси в трубопроводе(м/сек)

	w = 1.5
	d = 4×		F	= 4×		7.33	= 0.083
			3.14×w×ρfср.т			3.14×1.5×901.72

Выбираем стандартный диаметр трубопровода 89x4 10Х18Н10Т

2. Трубопровод ректификационная колонна-дефлегматор(м):

Скорость смеси в трубопроводе(м/сек)

w = 20

ρyd

=

Mrd×

273

=

44.444×

273

= 1.534

22.4×(273

+ td)

22.4×(273

+ 80.2)

d =

4×

D×(Ropt + 1)

=

4×

2.296×(0.855 + 1)

= 0.421

3.14×w×ρyd

3.14×20×1.534

Выбираем стандартный диаметр трубопровода 423х11 8Cт3сп

3. Трубопровод дефлегматор-ректификационная колонна(м):

Скорость смеси в трубопроводе(м/сек)

w = 1.5

						= 0.046
d = 4×		D×Ropt	=	4×	2.296×0.855
		3.14×w×ρd		3.14×1.5×780.7

Выбираем стандартный диаметр трубопровода 59х4 10Х18Н10Т

4. Трубопровод дефлегматор-емкость дистиллята(м):

Скорость смеси в трубопроводе(м/сек)

w = 1.5

	d = 4×		D	= 4×		2.296	= 0.05
			3.14×w×ρd			3.14×1.5×780.7

Выбираем стандартный диаметр трубопровода 59х4

10Х18Н10Т

5. Трубопровод ректификационная колонна-испаритель(м):

Скорость смеси в трубопроводе(м/сек)

	w = 0.5
			Lниза
	d = 4×			= 4×		7.551	= 0.142
			3.14×w×ρw			3.14×0.5×951.72

Выбираем стандартный диаметр трубопровода 133х10 10Х18Н10Т

6. Трубопровод испаритель-ректификационная колонна(м):

Скорость смеси в трубопроводе(м/сек)

w = 20

ρyw

= Mrw×

273

=

18.256×

273

= 0.602

22.4×(273

+ tw)

22.4×(273

+ 96.8)

Lниза

d =

4×

= 4×

7.551

= 0.894

3.14×w×ρyw

3.14×20×0.602

Выбираем стандартный диаметр трубопровода 1000х14 8Cт3сп

7. Трубопровод ректификационная колонна-емкость кубового остатка(м):

Скорость смеси в трубопроводе(м/сек)

w = 0.5

	d = 4×		W	= 4×		5.034	= 0.116
			3.14×w×ρw			3.14×0.5×951.72

Выбираем стандартный диаметр трубопровода 133х8 10Х18Н10Т

8. Трубопровод для воды идущей в дефлегматор(м):

Скорость смеси в трубопроводе(м/сек)

	w = 1.5
			Gв.д.
	d = 4×			= 4×		135.003	= 0.339
			3.14×w×ρводы			3.14×1.5×996.2

Выбираем стандартный диаметр трубопровода 426x11 8Ст3сп

9. Трубопровод для воды идущей в холодильник дистиллята(м):

Скорость смеси в трубопроводе(м/сек)

	w = 1.5
			Gв.хол.д
	dd = 4×			= 4×		11.875	= 0.101
			3.14×w×ρводы			3.14×1.5×996.2

Выбираем стандартный диаметр трубопровода 133x8 8Ст3сп

10. Трубопровод для воды идущей в холодильник куба(м):

Скорость смеси в трубопроводе(м/сек)

	w = 1.5
			Gв.хол.к
	d = 4×			= 4×		56.05	= 0.219
			3.14×w×ρводы			3.14×1.5×996.2

Выбираем стандартный диаметр трубопровода 219x8 8Ст3сп

11. Трубопровод для пара идущего в подогреватель(м):

Скорость смеси в трубопроводе(м/сек)

w = 20

ρyпара

=

18×

273

=

18×

273

= 0.54

22.4×(273

+ 132.9)

+ 132.9)

22.4×(273

Gfпара

d = 4×

= 4×

0.791

= 0.305

3.14×w×ρyпара

3.14×20×0.54

Выбираем стандартный диаметр трубопровода 325x10 8Ст3сп 12. Трубопровод для пара идущего в испаритель(м):

Скорость смеси в трубопроводе(м/сек)

	w = 20
			Gwпара
	d = 4×			= 4×		2.785	= 0.573
			3.14×w×ρyпара			3.14×20×0.54

Выбираем стандартный диаметр трубопровода 600х12 8Ст3сп

13. Трубопровод для конденсата идущего из испарителя(м):

Скорость смеси в трубопроводе(м/сек)

	w = 0.5
			Gwпара
	d = 4×			= 4×		2.785	= 0.087
			3.14×w×ρпара			3.14×0.5×932.8

Выбираем стандартный диаметр трубопровода 90х4.5 8Ст3сп

14. Трубопровод для конденсата идущего из испарителя(м):

Скорость смеси в трубопроводе(м/сек)

	w = 0.5
			Gfпара
	d = 4×			= 4×		0.791	= 0.046
			3.14×w×ρпара			3.14×0.5×932.8

Выбираем стандартный диаметр трубопровода 52x4 8Ст3сп

8. Подбор насоса для подачи исходной смеси

Внутренний диаметр для подачи исходной смеси в колонну(м):

d = 0.081

Скорость движения исходной смеси в трубопроводе(м/сек):

		F				7.33
w =	4×				= 4×		= 1.578
		3.14×d2×ρf				3.14×0.0812×901.72
			ср.т

Критерий Рейнольдса:

	Re = w×d×	ρfср.т	= 1.578×0.081×	901.72	= 3.403 ´ 105
		μfср.т		3.388 ´ 10− 4

Относительная шероховатость

e = (2×10− 4) = 2.469 ´ 10− 3 d

1 = 405

e

10			= 4.05 ´ 10		3
e
560				= 2.268 ´	5
					10
e

	68 0.25					− 3		68		0.25
λ := 0.11× e +			=	0.11× 2.469	´ 10		+			= 0.025
	Re							5
								3.403 ´ 10

Коэффициенты всасывающего и нагнетающего трубопроводов

(ζвхода.всаса = 0.5)

(ζвентиля.всаса = 4.9)

(ζотвод.всаса = 1.4×3 = 4.2

)

(ζвхода.нагн = 1)

(ζвентиля.нагн = 4.9)

(ζотвода.нагн = 1.4×3 = 4.2

)

(ζдиафр = 26.8)

Σζнагн = ζвхода.нагн + ζвентиля.нагн + ζотвода.нагн + ζдиафр = 36.9

Σζвсаса

= ζвхода.всаса + ζвентиля.всаса + ζотвод.всаса = 9.6

(Lнагн =

(Nт.низа - 1)×hт = (13 - 1)×0.4 = 4.8 )

Lвсас = 3

H = Lнагн - Lвсас = 4.8 - 3 = 1.8

Lвсас

w2

3

1.5782

h

всаса

= Σζ

всаса

+ λ×

×

= 9.6

+ 0.025×

×

= 1.336

2×9.81

d

2×9.81

0.081

Lнагн

w2

4.8

1.5782

h

нагн

= Σζ

нагн

+ λ×

×

=

36.9 +

0.025×

×

= 4.873

2×9.81

d

2×9.81

0.081

Общие потери напора(м):

h = hвсаса + hнагн = 1.336 + 4.873 = 6.21

Потребный напор насоса(м):

	H = h +			H +		105		= 6.21 + 1.8 +	105		= 19.314
						ρfср.т×	9.81		901.72×	9.81
	Q =		F		=	7.33	= 8.129 ´ 10− 3
		ρfср.т				901.72
	Nдв =		9.81×F×H = 9.81×7.33×19.314 = 1.389 ´ 103

Выбираем насос марки Х45/21

Q = 1.25×10− 2

H = 21

= 0.024

АО2 - 51 - 4

10. Расчёт толщины теплоизоляции

Расчёт толщины теплоизоляции проводим для самой горячей то аппарата

tw1 := tw = 96.8

тмпературу окружающей среды принимаем равной(град.Цельсия

tв := 20

температуру стенки аппарат(град.Цельсия):

tст := 40

коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционн материала(Вт/м*К):

αв := 9.3 + 0.058×tст = 11.62

В качестве изоляционного материала принимаем совелит, имею коэффициент теплопроводности(Вт/м*К):

λн := 0.098

Толщина теплоизоляции(м):

(tw1 - tст) dиз := λн× αв×(tст - tв)

Пусть тепловые потери составляют 3%, тогда(Вт)

Qпот := Qкип×0.03 = 1.814 ´ 105

Площадь поверхности с которой возможны потери(м2)

	Dколонны×Hкол		3.14Dколонны	2		1.8×18.6		3.14×1.82
F := 3.14×		+ 2×			= 3.14×		+ 2×		= 57.65
п	2	4				2		4

Тепловые потери(Вт):

Q	:= λ		×(tw		- t )×	Fп		= 0.098×(96.8 - 20)×	57.65	= 1.812 ´ 104
				1		d
пот1		н			в		из	0.024

Таким образом расчётное значение тепловых потерь ниже принятого ранее, следовательно толщина теплоизоляции удовлетворяет требованиям теплового режима колонны

10.Список использованной литературы

1. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию. Под ред. Ю. И. Дытнерского, 2-ое