Подогреватель исходной смеси
В трубах — исходная смесь, в межтрубном пространстве — конденсирующийся водяной пар.
Расход теплоты в паровом подогревателе исходной смеси:
Qп = W1·c1(tкип. см. - tнач.),
где с1 — удельная теплоемкость исходной смеси при температуре t.
cч = 0,204 ккал/кг·град
cб = 0,435 ккал/кг·град [3, с. 562, рис. XI]
cсм = a1·cч + (1-a1)·cб = 0,32·0,204·4,19 + 0,68·0,435·4,19 = 1,5 кДж/кг·К
Qп = 1,8·1,5(78,95 - 20) = 159,17 кДж/с
Расход греющего пара:
rгр = 2382 кДж/кг [3, с. 541, табл. XLV]
Примем коэффициент теплопередачи от конденсирующегося пара к органической жидкости kор = 200 Вт/м2×ЧК [3, с. 172, табл. 4.8]
где
По каталогу [4, c. 416] выбираем четырехходовой теплообменник со следующими характеристиками:
F = 11 м2
l = 1500 мм —высота трубы
dн´ґs = 25´ґ2 [мм]
nтруб=100
fтр =0,034 м2 —трубное пространство
fм/тр =0,077 м2 —межтрубное пространство
Dнар = 400 мм
Водяной холодильник дистиллята
В трубах охлаждающая вода, в межтрубном пространстве — дистиллят.
Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике дистиллята:
Qд = П×Чс2(t2-tкон)
с2
примем равным сч
при
cч = 0,21··4,19 = 0,88 кДж/кг×ЧК [3, с. 562, рис. XI]
Qд = 0,60×Ч0,88(76,85-30) = 24,7 кВт
Расход охлаждающей воды в водяном холодильнике:
При 30°°С св = 4,18 кДж/кг×ЧК [3, c. 537, рис. XXXIX]
Примем коэффициент теплопередачи от жидкости к жидкости kор = 1200 Вт/м2×ЧК [3, с. 172, табл. 4.8]
где
По каталогу [4, c. 416] выбираем одноходовой теплообменник со следующими характеристиками:
F = 1,4 м2
l = 1500 мм —высота трубы
dн´ґs = 25´ґ2 [мм]
nтруб=13
fтр =0,0044 м2 —трубное пространство
fм/тр =0,011 м2 —межтрубное пространство
Dнар = 159 мм
Водяной холодильник кубового остатка.
В трубах вода, в межтрубном пространстве — кубовый остаток.
Расход теплоты, отдаваемой кубовым остатком охлаждающей воде:
Qк = W0×Чс0(t0-tкон)
с0 »» cВ = 0,432··4,19 = 1,8 кДж/кг×ЧК [3, с. 562, рис. XI]
Qк = 1,20×Ч1,8(80,0-30) = 108 кВт
Расход охлаждающей воды в водяном холодильнике:
При 30°°С св = 4,18 кДж/кг×ЧК [3, c. 537, рис. XXXIX]
Примем коэффициент теплопередачи от жидкости к жидкости kор = 1200 Вт/м2×ЧК [3, с. 172, табл. 4.8]
где
По каталогу [4, c. 413] выбираем одноходовой теплообменник со следующими характеристиками:
F = 6 м2
l = 6000 мм —высота трубы
dн´ґs = 25´ґ2 [мм]
nтруб=13
fтр =0,0044 м2 —трубное пространство
fм/тр =0,011 м2 —межтрубное пространство
Dнар = 159 мм
Расчет центробежного насоса
Для подачи исходной смеси на тарелку питания, а также откачки к потребителю продуктов разделения используются центробежные насосы.
Рассчитываем центробежный насос для перекачки исходной смеси
При 20°°С rrч = 1594 кг/м3
rrб = 879 кг/м3 [3, c. 512, табл. IV]
[3,
с. 15]
При 20°°С mmч = 0,97 мПа··с
mmб = 0,65 мПа··с [3, c. 516, табл. IX]
Геометрическая высота подъема смеси 22 м.
Температура смеси 20°°С
Располагаю три отвода под углом 90°° и два прямоточных вентиля.
1. Выбор диаметра трубопровода проведем, приняв скорость жидкости равной 1,5 м/с.
[3,
c. 17]
В напорных трубопроводах скорость жидкости w равна 0,5-2,5 м/с [3, с. 17, табл. 1.1]. Исходя из этого принимаем w = 1,5 м/с.
Выбираем стальную трубу (материал – углеродистая сталь с незначительной коррозией) наружным диаметром 45 мм , толщиной стенки 4 мм . [9, c.16]
2. Расчет потерь на трение и местные сопротивления.
Определим режим течения жидкости:
Режим турбулентный.
Среднее значение абсолютной шероховатости стенок труб е = 0,2мм (трубы стальные , бывшие в эксплуатации с незначительной коррозией)[9, с.14]. Относительная шероховатость :
По графику [3, 1.5] находим значение коэффициента трения ll=0,0285
Сумма коэффициентов местных сопротивлений :
где zz1 = 0,5 — вход в трубу (с острыми краями); zz2 = 0,79··0,91 — прямоточный вентиль (для d = 100 мм и Re < 3··10); zz3 = АВ = 1,0··0,11 = 0,11 — отвод под углом 90°° [3, c. 520, табл. XIII]
Потери напора :
3. Выбор насоса.
По формуле [3, c. 66] рассчитаем полный напор, развиваемый насосом (считаем, что насос работает под избыточным давлением 0,1 МПа):
Полезная мощность насоса:
N = VrrgH = 1,75··10-3··1026··9,81··40,0 = 705 Вт
Для центробежного насоса средней производительности примем hh=hhпhhнhhд=0,6. Тогда мощность, потребляемая двигателем насоса:
Nдв = 705/0,6 = 1175 Вт
По [3, с. 92, табл. 2.5] устанавливаем по заданным производительности и напору следует выбрать центробежный насос марки Х20/53, для которого при оптимальных условиях работы производительность Q = 5,5··10-3 м3/с, напор H = 44 м, КПД насоса hhн = 0,5. Насос снабжен двигателем АО2-52-2номинальной мощностью 13 кВт (hhд = 0,89, частота вращения вала n = 48,3 об/с)
4. Предельная высота всасывания.
Для центробежных насосов запас напора, необходимый для исключения кавитации рассчитывают по формуле.
Hкав = 0,3(Q··n2)2/3 = 0,3(0,0055··48,32)2/3 = 1,64 м
По формуле (все слагаемые выражены в метрах перекачиваемой жидкости) Hпр.вс £Ј A - ht - Hвс - Hкав, где А — атмосферное давление, ht — давление насыщенного пара при соответствующей температуре,
Hвс £Ј 10,2 - 0,24 - 0,83 - 1,64 = 7,49 м
Здесь A = 10,2 [3, c. 524, табл. XIX], ht = 0,24 м при 20°°С [3, c. 67, табл. 2.2]