Задаем пленочный испаритель ИП-1 со следующими параметрами: Нагревание проводится водой с
,
. Конструктивные параметры теплообменника: поверхность теплообмена
.
,
,
,
,
вес = 230кг, материал – нержавеющая сталь. Производительность (по отгону паров эфира) – 24,34кг/час.
Тепловой баланс пленочного испарителя. Теплоноситель – горячая вода. Температура горячей воды на входе
– 800С, на выходе
– 400С. Энтальпия питательной воды: на входе при
на выходе при
КПД установки
. Нагреваемая среда – эфирный раствор с диэтиловым эфиром. Температура эфирного раствора: на входе –
на выходе –
Расход эфирного раствора –
; расход эфира при испарении:
. Удельная теплоемкость эфирного раствора рассчитывается по формуле:
. Температурный профиль процесса представлен на рис.1.
Рис 1. График изменения температуры по площади пленочного испарителя.
Т.о., по имеющимся данным составляем тепловой баланс процесса:
, отсюда:
.
Из выражения теплового баланса получаем значение расхода горячей воды:
По полученному значению массового расхода определяем скорость потока воды:
Рассчитываем поверхность теплообмена:
, где:
- тепловой эффект пленочного испарителя, рассчитываем по упрощенной формуле:
- берем из справочника [1], ккал/кг
- по данным материального баланса, кг
, где:
- коэффициент теплоотдачи жидкости. Критерий Рейнольдса для потока воды:
, где:
- скорость потока воды в межтрубном пространстве,
- эквивалентный диаметр;
- плотность воды;
- динамическая вязкость воды; По известному значению критерия Рейнольдса определяем критерий Прандтля и критерий Нуссельта:
, где:
. Отсюда находим коэффициент теплоотдачи от горячей воды к стенке α1:
- по справочнику [1], Коэффициент теплоотдачи от пленки к стенке α2 находим по упрощенной формуле для пленочного испарителя:
,
Таким образом, выбранный стандартный теплообменник подходит для данного процесса. Число труб пленочного аппарата находим по упрощенной формуле:
.
Расчет теплообменника для конденсации паров эфира.
Охлаждение проводится рассолом с
,
. Поверхность теплообмена
.
,
,
,
, вес = 213кг, материал – нержавеющая сталь. Производительность (по отгону паров эфира) – 24,34кг/час. Скорость паров ДЭЭ в трубном пространстве:
Критерий Рейнольдса для паров диэтилового эфира:
, где:
- скорость паров ДЭЭ в трубах,
- внутренний диаметр труб;
- плотность паров ДЭЭ;
- динамическая вязкость ДЭЭ; По номограмме5 определяем критерий Прандтля:
. Отсюда находим коэффициент теплоотдачи от паров ДЭЭ к стенке α2:
, где:
- по справочнику [1],
,
Обозначим выражение
за «а», выражение
за «b».
,
. Пусть
, пусть
, пусть
.
Определяем по графику
(
). Находим действительное значение коэффициента теплопередачи:
Рассчитываем поверхность теплообмена:
, где:
- тепловой эффект теплообменника, рассчитываем по упрощенной формуле:
- берем из справочника [1],
- по данным материального баланса, кг
<4м2. Следовательно, выбранный стандартный теплообменник подходит для проведения данного технологического процесса.
Тепловой баланс.
Определим количество тепла (холода), необходимое для проведения процесса. Основной аппарат – реактор синтеза ААУЭ Р-2 (
).
,
- тепло, необходимое для нагревания реакц. массы, ккал;
, где:
,
- тепло, необходимое для нагревания аппарата, ккал;
, где:
,
- тепловой эффект физического процесса, ккал;
, где:
.
- тепловой эффект химической реакции, ккал;
.
- потери тепла в окружающую среду, ккал;
Реактор выпарки ацетона Р-3. Температура проведения процесса
. Тепло, которое пошло на нагревание:
,
, где:
,
, где:
,
, где:
.
. Тепло, которое пошло на охлаждение (с 550С до 300С):
, где:
, где:
, где:
,
, где:
,
,
Реактор вакуумной перегонки технического ААУЭ Р-6 (
).
,
, где:
,
, где:
,
, где:
,
,
,
.
Тепловой баланс испарителя эфира ИП-1:
,
, где:
,
, где:
,
, где:
,
,
.
Энергетический расчет. Расход водяного пара на нагрев аппаратов. На нагрев реактора синтеза ААУЭ (Р-2) расходуется пара:
. На нагрев реактора выпарки ацетона (Р-3) расходуется пара:
. На нагрев реактора вакуумной перегонки технического ААУЭ (Р-6) расходуется пара:
. На нагрев пленочного испарителя (ИП-1) расходуется пара:
. Общий расход пара:
. Расход охлаждающих агентов. Рассчитаем расход воды на охлаждение реакционной массы в реакторе выпарки ацетона Р-3 после выпарки ацетона:
, Расход воды на теплообменник Т1:
. Расход воды на теплообменник Т2:
. Расход воды на теплообменник Т4:
. Общий расход воды на охлаждение:
. Расход электроэнергии: На работу электродвигателей;
Определение мощности, потребляемой мешалкой. Рассчитываем мощность, потребляемую мешалкой для реактора получения раствора хлорацетона Р-1. Для этого вначале определяем центробежный критерий Рейнольдса:
. Режим переходный, поэтому мощность, потребляемую мешалкой, определяем по ф-е:
, где:
- критерий мощности, задается исходя из значения отношения
. Подбираем якорную мешалку. Для якорной мешалки при
значение
.
- плотность перемешиваемой среды (из расчетов техн. оборудования);
и
- число оборотов мешалки в секунду, и диаметр мешалки, м соотв. (из расчетов технологического оборудования). Потребляемая мощность двигателя:
. Расход электроэнергии:
. Определяем коэффициент С для реактора Р-1:
. На основании коэффициента С рассчитываем потребляемую мощность двигателей в реакторах Р-2, Р-3, Р-4, Р-5 и Р-6. Реактор Р-2 для синтеза ААУЭ:
,
. Реактор Р-3 для выпарки ацетона:
,
. Реактор Р-4 для промывки водой и разделения реакционной смеси:
,
. Реактор Р-5 сушки:
,
. Реактор Р-6 для вакуумной перегонки:
,
. Итого электрической энергии на перемешивание:
Расчет азота. На передавливание реакционной массы: Для реактора синтеза ААУЭ (Р-2):
, где:
. Для реактора выпарки ацетона (Р-3):
. Для реактора промывки и разделения (Р-4) не требуется передавливание реакционной массы. Для реактора сушки Р-5:
. Для сборника Сб-7 эфирного раствора:
. Общий расход азота на передавливание в производстве ААУЭ:
или 568,1кг азота. На фильтрацию принимаем расход азота:
|