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:
,
Суммарный
расход азота:
.
Объем баллона
с азотом
.
Расход азота
.
Литература.
К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Л.; «Химия», 575с.