- •1 Описание технологической схемы
- •2.4 Определение числа теоретических ступеней (чтс)
- •2) Уравнение теплового баланса.
- •2) Определение скорости пара
- •2.7 Определение высоты рк
- •2.8 Проверка принятого гидравлического сопротивления
- •3.2 Определение среднего перепада температур
- •3.3 Ориентировочный расчет теплообменника
- •3.4 Уточненный расчет теплообменника
- •3.5 Требуемая поверхность теплообмена
2.4 Определение числа теоретических ступеней (чтс)
Для определения числа теоретических ступеней (ЧТС) изменения концентраций строят рабочие линии укрепляющей и исчерпывающей частей колонны (рисунок 3). Точка А соответствует составу дистиллята , точка C – исходной смеси , точка D - нижнего продукта .
Отрезок В рассчитывается по формуле:
. (7)
Число теоретических ступеней определяют графическим построением, начиная с тарелки питания (точка С) вверх – для укрепляющей части и вниз – для исчерпывающей части колонны. Ступени строят между рабочей и равновесной линией.
По рисунку определяем:
nисч=8,5;
nукр=6;
nт= nисч+nукр=14,5.
Находим те же самые характеристики с помощью компьютерной программы REKT 11:
; ;
ЧЕП укрепляющей части колонны – 4,16;
ЧЕП исчерпывающей части колонны – 5,87;
ЧТС укрепляющей части колонны – 6,40;
ЧТС исчерпывающей части колонны – 8,33.
Определим действительное число тарелок. Для этого найдем КПД тарелки:
,
=70 – 80%, принимаем =75%.
Число реальных тарелок:
, принимаю nисч = 11; , принимаю nукр = 9.
Следовательно, общее число тарелок:
nт = 11+9=20
2.5 Тепловой баланс установки
1) Определение теплоемкости смеси.
Для определения теплоемкости смеси строим температурную зависимость (рисунок 4).
По графику определяем температуры исходной смеси, дистиллята и кубового остатка. При соответствующих температурах находим теплоемкости (таблица 2).
Рисунок 4 – График температурной зависимости
Таблица 2 – Значения теплоемкости
t, ˚C |
CA, кДж/(кг·К) |
CB, кДж/(кг·К) |
Cсм, кДж/(кг·К) |
|
4,19 |
2,34 |
3,82 |
|
4,40 |
2,35 |
3,27 |
|
4,61 |
2,39 |
2,50 |
Теплоемкости низкокипящего компонента CA и высококипящего компонента CB определяются по номограмме[2, c.562]. Теплоемкости смеси определяются по формуле:
. (8)
Ср = 4,19∙0,8+2,34∙(1-0,8) = 3,82 кДж/(кг·К);
Cf = 4,40∙0,45+2,35∙(1-0,45) = 3,27 кДж/(кг·К);
Cw = 4,61∙0,05+2,39∙(1-0,05) = 2,50 кДж/(кг·К);
2) Уравнение теплового баланса.
Приход:
а) с исходной смесью:
, (9)
где – расход теплоты, приносимый исходной смесью, кВт;
– массовый расход исходного раствора, кг/с;
– теплоемкость исходного раствора, кДж/(кг·К);
– температура кипения исходной смеси, ˚C.
кВт
б) с греющим паром:
, (10)
где – расход теплоты, отдаваемой греющим паром кипящей в трубах испарителя жидкости, кВт;
– расход греющего пара, кг/с;
– энтальпия греющего пара по давлению, кДж/кг.
Принимаем, что температура греющего пара выше температуры нижнего продукта на 20˚C:
˚C.
Принимаем следующие параметры греющего пара [2, c.550]:
˚C;
кгс/см2;
кДж/кг– удельная теплота парообразования;
кДж/кг;
кВт.
в) с флегмой:
, (11)
; ; ;
, (12)
где – расход теплоты, приносимый флегмой, кВт;
– массовый расход флегмы, кг/с;
– массовый расход верхнего продукта (дистиллята), кг/с;
– теплоемкость флегмы, кДж/(кг·К);
– теплоемкость верхнего продукта (дистиллята), кДж/(кг·К);
– температура кипения флегмы, ˚C;
– температура кипения верхнего продукта (дистиллята), ˚C;
– оптимальное флегмовое число.
кВт
Расход:
г) с парами из колонны:
, (13)
где – расход теплоты, отдаваемой паром в дефлегматоре, кВт;
– энтальпия паров вскипания, кДж/кг;
– массовый расход паров вскипания, кг/с.
Массовый расход паров вскипания:
, (14)
где – массовый расход флегмы, кг/с;
– массовый расход верхнего продукта (дистиллята), кг/с;
– оптимальное флегмовое число.
кг/с
Энтальпия паров вскипания:
, (15)
где – удельная теплота парообразования смеси, кДж/кг;
– теплоемкость верхнего продукта (дистиллята), кДж/(кг · К);
– температура кипения верхнего продукта (дистиллята), ˚C.
, (16)
где , – удельная теплота парообразования низкокипящего компонента и высококипящего компонента, кДж/кг [2, c.541-542].
˚C кДж/кг; кДж/кг;
кДж/кг;
кДж/кг;
кВт.
д) с кубовым остатком:
, (17)
где – расход теплоты, уносимый нижним продуктом, кВт;
– массовый расход нижнего продукта, кг/с;
– теплоемкость нижнего продукта, кДж/(кг·К);
– температура кипения нижнего продукта, ˚C.
кВт.
е) с конденсатом греющего пара:
, (18)
где – расход теплоты, уносимый конденсатом греющего пара, кВт;
– расход греющего пара, кг/с;
– теплоемкость воды, кДж/(кг·К);
– температура греющего пара, ˚C.
кВт.
ж) теплопотери принимаем 5 % от теплоты, отданной греющим паром в кипятильнике:
, (19)
где – тепловые потери колонны в окружающую среду, кВт;
– расход греющего пара, кг/с;
– удельная теплота парообразования греющего пара, кДж/кг.
кВт.
Суммарное уравнение теплового баланса:
, (20)
,
кг/с.
2.6 Определение диаметра РК
1) Определение расхода пара в верхнем и нижнем сечениях колонны.
Объемный секундный расход пара:
, (21)
где – массовый расход, кг/с;
– плотность пара в условиях колонны, кг/ м3.
, (22)
где – молярная масса смеси, кг/кмоль;
- давление пара в колонне, Па;
– давление пара при нормальных условиях, Па;
– температура пара при нормальных условиях, К;
- температура пара в колонне, К.
Верхнее сечение:
, (23)
где – массовый расход в верхнем сечении, кг/с;
– массовый расход верхнего продукта (дистиллята), кг/с;
– оптимальное флегмовое число.
кг/с;
Молекулярная масса смеси в верхнем сечении определяется по правилу аддитивности:
(24)
кг/кмоль
кг/ м3;
Принимаем давление в верхнем сечении колонны: Па;
К;
м3/с.
Нижнее сечение:
, (25)
где – массовый расход в нижнем сечении, кг/с;
– расход греющего пара, кг/с;
– удельная теплота парообразования греющего пара, кДж/кг;
– удельная теплота парообразования нижнего продукта, кДж/кг.
, (26)
где , – удельная теплота парообразования низкокипящего и высококипящего компонентов, кДж/кг [2, c.542].
˚C кДж/кг; кДж/кг;
кДж/кг;
кг/с;
кг/кмоль;
;
; мм вод ст;
Принимаем мм вод ст 400 Па;
Общее гидравлическое сопротивление: Па;
Па
К;
кг/ м3;
м3/с.