Полная поверхность теплопередачи конденсатора-холодильника (в м2) определяется, как:
,
где 
– поверхность теплопередачи зоны конденсации пара, м2;
– поверхность теплопередачи зоны охлаждения конденсата, м2.
3.2.11.1. Поверхность теплопередачи зоны конденсации 
(в м2) определяем из основного уравнения теплопередачи:
, (3.50)
где 
– тепловая нагрузка зоны конденсации пара, Вт;
, (3.51)
где 
– удельная теплота парообразования смеси, кДж/кг; определяют в зависимости от температуры конденсации по табл.П.5.15, приложения 5, для водно-спиртовых паров либо рассчитывают по формуле (3.14);
– средний температурный напор в зоне конденсации пара; определяют по формуле (3.58), причем:
;
,
где 
и 
– конечная и начальная температуры пара в зоне конденсации, °С, определяют по табл. П.5.13- П.5.17, приложения 5 в зависимости от концентрации дистиллята или с помощью 
, 
- диаграммы; можно принять 
;
– температура воды на входе в зону конденсации; рассчитывают из уравнений теплового баланса;
– температура воды на выходе из зоны конденсации; рассчитывают из уравнений теплового баланса;
– коэффициент теплопередачи в зоне конденсации пара, Вт/(м2·К); определяют по формуле (3.4). Значение 
можно принять в пределах 230 ÷ 600 Вт/(м2·К).
2. Поверхность теплопередачи зоны охлаждения конденсата (в м2) рассчитываем следующим образом:
, (3.52)
где Qо.к – тепловая нагрузка зоны охлаждения конденсата, Вт;
, (3.53)
где 
– теплоемкость дистиллята, кДж/(кг·К), определяют по табл. П.5.20., приложения 5, при средней температуре дистиллята:
,
где 
– температура конденсата (дистиллята) на выходе из аппарата, °С; 
– коэффициент неравномерности поступления дистиллята; принимается 
= 2;
– средний температурный напор в зоне охлаждения конденсата, °С; определяют по формуле (3.47), причем:
;
,
где 
– начальная температура поступающей воды, °С; принимают равной 5 ÷ 15 °С.
Коэффициент теплопередачи в зоне охлаждения конденсата 
может быть принят в пределах 140-250 Вт/(м2·К) при скорости воды 0,01 – 0,50 м/с.
3. Расход охлаждающей воды определяют из уравнения теплового баланса конденсатора-холодильника:
, (3.54)
откуда:
.
Неизвестные температуры 
и 
находят из уравнений теплового баланса:
для зоны дефлегмации:
, (3.55)
откуда:
;
для зоны конденсации пара:
(3.56)
или из уравнения для зоны охлаждения конденсата:
. (3.57)
В системах ректификационных установок охлаждающая вода обычно проходит последовательно через холодильник-конденсатор и дефлегматор. В этом случае расход воды определяют по формуле:
. (3.58)
Пример выполнения расчетной части раздела –ректификации.
3.3.1 Условия задачи
Рассчитать брагоректификационную колонну непрерывного действия производительностью 
155 кг/ч спирта.
Данные для расчета:
состав (содержание, концентрация) по спирту исходной смеси 
10 % об.; кубового остатка - 
0,0064 % об.; дистиллята – 
69,3 % об.; коэффициент избытка флегмы 
3,1;
обогрев колонны производится закрытым паром 
0,22 МПа; рабочее давление в верхней части колонны 
0,12 МПа;
смесь поступает на тарелку при температуре 
85°С;
расстояние между тарелками в колонне 
250 мм.
Определить:
расход греющего пара;
число тарелок в колонне;
диаметр и высоту колонны.
Расчет производительности
Расчет ведут в такой последовательности.
1. Пересчитываем концентрацию начальной смеси, дистиллята и остатка из % об. в % мас. по формуле (3.5), а затем – из % мас. В % мол. по формуле (3–7); тогда концентрация исходной смеси, дистиллята и кубового остатка:
= 10 % об. = 8,01 % мас.=3,34 % мол.;
= 69,3 % об. = 6l,6 % мас.=38,5 % мол.;
= 0,0064 % об. = 0,005 % мас. = 0,002 % мол.
2. Определяют минимальное флегмовое число из формулы (3.27).
3. По данным табл. П.5.17. приложения 5, строим кривую равновесия 
(рис. 17).
4. Из точки на оси абсцисс, соответствующей значению 
= З8,5 % мол., проводим вертикаль до пересечения с диагональю диаграммы – точкой 1.
5. Из точки на оси абсцисс, соответствующей значению 
=3,34% мол., проводят вертикаль до пересечения с кривой равновесия – точкой 2.
6. Соединяют точки 1 и 2, продолжают линию 1 – 2 до пересечения с осью ординат и определяем 
=26,5 % мол.
Рис. 17. Диаграмма 
для смеси вода–спирт для
определения минимального флегмового числа и количества
теоретических тарелок в верхней части колонны
Минимальное флегмовое число:
.
7. Определяем рабочее флегмовое число по формуле (3.28):
.
8. По данным табл. П.5.14., П.5.17, П.5.21, П.5.23. приложения 5, строят диаграмму 
, 
и определяют необходимые для дальнейших расчетов состав флегмы, состав пара, поступающего в дефлегматор, а также соответствующие температуры (рис. 18).
Рис. 18. Диаграмма 
, 
для смеси вода-спирт для определения концентрации пара и флегмы.
9. По концентрации дистиллята 
= 38,5 % мол. устанавливают состав флегмы 
= 6,8% мол. = 15,9 % мас., а также начальную температуру конденсации пара 
= 88,5°С.
10. По соотношению отрезков 
= 
=1,4 находим точку 3, характеризующую концентрацию пара, поступающего в дефлегматор; 
= 21 % мол. = 40,3 % мас.
11. Определяем количество пара, поступающего из колонны в дефлегматор, из уравнения (3.25) :
кмоль/ч
или
кг/ч.
Мольная масса дистиллята 
определена по формуле (3.16):
кг/кмоль.
Аналогично рассчитывается мольная масса пара: 
кг/кмоль.
Количество пара, из которого образовался дистиллят, составит 155/28,8 = 5,38 кмоль/ч.
12. Определяют количество флегмы из уравнения (3.48):
кмоль/ч
или
кг/ч,
где мольная масса флегмы:
кг/кмоль.
13
. Определяем количество исходной смеси 
и кубового остатка 
, используя формулы (3.19) и (3.20):
отсюда находим 
= 1037,50 кг/ч; 
= 1192,65 кг/ч.
Определение прихода теплоты
1. Для определения расхода греющего пара составляют тепловой баланс колонны с исходной смесью:
= 1192,65·4,27·85 = 432872,3 кДж/ч.
Удельную теплоемкость исходной смеси 
определяем по табл. П.5.20 приложения 5, по температуре и концентрации; 
= 4,27 кДж/(кг·К);
2. С флегмой:
= 150,4·4,31·88,5 = 57367,8 кДж/ч.
Удельную теплоемкость флегмы 
определяем по табл. 15 по температуре приложения и концентрации: 
= 4,31 кДж/(кг·К).
3. С греющим паром:
.
Удельную энтальпию греющего пара 
определяем по давлению пара по табл. П.5.25., приложения 5, 
=27ll,З кДж/кг.
Определение расхода тепла.
С паром, поступающим в дефлегматор (образующим флегму и дистиллят):
= 308,3·2086,8 = 643360,4 кДж/ч.
Удельную энтальпию пара 
находят по табл. П.5.25 приложения 5, по концентрации спирта в паре: 
= 2086,8 кДж/кг.
1. С остатком:
= 1037,5·4,27·100,5 = 445227,5 кДж/ч.
Удельную теплоемкость остатка 
определяют по табл.П.5.20 приложения 5, по температуре и концентрации: 
= 4,27 кДж/(кг·К).
2. С конденсатом греющего пара:
.
Температуру конденсата 
определяем по давлению пара при 
Па, 
=123,3°С по табл. П.5.5., приложения 5 и П.9.1., приложения 9;
удельную теплоемкость конденсата 
принимают равной 4,187 кДж/(кг·К).
3. Рассчитываем расход греющего пара по формуле (3.31):
кг/ч.
С учетом потерь теплоты 5 %:
кг/ч.
4. Находим удельный расход греющего пара:
Дата: 2018-12-28, просмотров: 350.
