1 Задание на проектирование
Рассмотрим процесс автоматизации конденсатора-холодильника паров этанола – рисунок 1.
Рисунок 1 – Схема автоматизации конденсатора-холодильника паров этанола
Пары этилового спирта конденсируются в кожухотрубчатом теплообменнике 1, охлаждаемом водой из сети. Далее конденсат охлаждается до температуры 10 – 12 °С в холодильнике 2 ледяной водой с начальной температурой 4 – 6 °С, подаваемой из сборника 3 центробежным насосом 4. охлажденный спирт направляется в промежуточный сборник 5 , откуда откачивается центробежным насосом 6.
В качестве параметров, которые необходимо контролировать и регулировать, следует выбрать температуру охлажденного спирта (расходом ледяной воды), расход воды в конденсатор (по расходу пара).
В качестве параметров, которые необходимо регистрировать, следует выбрать расход охлажденного спирта.
Измерению подлежат следующие параметры: расход пара, температура охлажденного спирта, температура воды, давление ледяной воды, уровень в сборнике 5.
В качестве параметров, которые необходимо сигнализировать, следует выбрать уровень в сборнике 5, давление охлаждающей воды.
Автоматическая блокировка должна осуществлять отключение насоса 4 при нижнем уровне в сборнике 3 и отключение подачи пара при отключении насоса 4.
Также схемой должно также осуществляться управление включением и отключением насосов 4 и 6.
Техническая характеристика оборудования, используемого в технологическом процессе автоматизации конденсатора-холодильника паров этанола: производительность – 3 т/ч; температура – 49 °С; температура конденсации – 64 °С.
Расчет диаметров трубопроводов можно определить по расходу продукта:
(1)
где W – скорость, м/с;
F – площадь поперечного сечения трубопровода, м2;
d – внутренний диаметр трубопровода, м.
Из формулы (1) получим:
(2)
При расчетах трубопроводов скорость движения (м/с) ориентированно может быть принята в следующих интервалах:
движение жидкости при подаче насосом – 1,5 – 2,5 м/с;
движении самотеком – 0,5 – 1,0 м/с;
для газов – 5 – 20 м/с;
для паров – 20 – 40 м/с;
Определим расход конденсата, подаваемого в холодильник и диаметр трубопровода для его подачи.
Из технической характеристики массовый расход: G = 3 т/ч = 0,83 кг/с.
Тогда объемный расход:
(3)
где
кг/м3
– плотность этилового спирта при
температуре 64 °С.
м3/с
Зная объемный расход воды из формулы (1) определим диаметр трубопровода:
м
где W = 0,3 м/с, т.к. конденсат подается в холодильник самотеком.
Определим расход и диаметр трубопровода для подачи ледяной воды в холодильник.
По тепловой нагрузке аппарата можно определить расход ледяной воды, для этого можно воспользоваться следующим выражением, полученным из уравнения теплового баланса:
(4)
где 1,08 – постоянный коэффициент, учитывающий потери тепла в окружающую среду;
G – расход продукта (жидкости), кг/с;
С – теплоемкость продукта (жидкости), Дж/кг∙К;
r – удельная теплота парообразования (определяется по таблицам в зависимости от давления), Дж/кг.
Представляя значения в формулу (4) находим расход ледяной воды:
кг/с
Находим объемный расход пара по формуле (3):
м3/с
где
кг/м3
– плотность ледяной воды при температуре
4 °С.
Зная объемный расход ледяной воды определим диаметр трубопровода для ее подачи по формуле (2):
м
где W = 2 м/с, т.к. ледяная вода подается насосом.
Определяем объемный расход и диаметр трубопровода для охлажденного конденсата.
Из технологической характеристики: G = 3000 кг/ч = 0,83 кг/с.
Объемный расход выпаренного продукта по формуле (3) составит:
м3/с
где
кг/м3
– плотность этилового спирта при
температуре 11 °С.
Таким образом, диаметр трубопровода получаем равным, согласно формуле (2):
м
где W = 0,3 м/с, т.к. охлажденный конденсат стекает самотеком.
Определяем объемный расход и диаметр трубопровода для отвода спирта.
Из технологической характеристики: G = 3 т/ч = 0,83 кг/с.
Объемный расход выпаренного продукта по формуле (3) составит:
м3/с
где кг/м3 – плотность этилового спирта при температуре 11 °С.
Таким образом, диаметр трубопровода получаем равным, согласно формуле (2):
м
где W = 2 м/с, т.к. спирт отводится насосом.