Кипятильник (куб-испаритель)

 

Температурные условия процесса. Кубовый остаток кипит при 81,7⁰С.

Согласно заданию температура конденсации греющего пара равна 100⁰С. Следовательно, средняя разность температур

 

 

Тепловая нагрузка

 

 

Выбор конструкции.

Кипятильники ректификационных колонн непрерывного действия по устройству сходны с кипятильниками выпарных аппаратов. /При небольших поверхностях теплообмена куб колонны обогревается змеевиком или горизонтальной трубчаткой, пересекающей нижнюю часть колонны; при этом греющий пар пропускается по трубам.

При больших поверхностях теплообмена применяют выносные кипятильники, которые устанавливают ниже колонны с тем, чтобы обеспечить естественную циркуляцию жидкости.

Определяем ориентировочно максимальную величину площади теплообмена. По [1, таблица 4.8] для данного случая теплообмена (от конденсирующего водяного пара к кипящей жидкости) принимаем значение минимального коэффициента теплопередачи К_min=300 Вт/м²∙К. Тогда максимальная поверхность теплообмена

 

 

 

Предварительно выбираем для расчета выносной кипятильник кожухотрубчатый теплообменник с трубами диаметром 25×2 мм, длиной труб – 3,0 м.

Определение коэффициента теплопередачи

Принимаем среднее значение тепловой проводимости загрязнений стенок со стороны конденсирующего водяного пара , со стороны кубового остатка .

Теплопроводность стали . Таким образом

 

∑ (IV.1.1.1)

 

Коэффициент теплоотдачи со стороны конденсирующегося водяного пара определяем по формуле

 Вт/м²∙К (IV.1.1.2)

 

где λ – коэффициент теплопроводности конденсата, Вт/м∙К; Н – высота кипятильных труб, м; ρ – плотность конденсата, кг/м³; r – удельная теплота конденсации греющего пара, Дж/кг; μ – динамический коэффициент вязкости конденсата, Па∙с

 

 

Коэффициент теплоотдачи для кипящего толуола находим по формуле

 

 Вт/м²∙К (IV.1.1.3)

где коэффициент b определяется по формуле

 

(IV.1.1.4)

 

Химико-физические свойства этилового спирта взяты при температуре кипения.

 

 

Коэффициент теплопередачи

 (IV.1.1.5)

 

Удельная тепловая нагрузка

 

 (IV.1.1.6)

 

Откуда

 

 (IV.1.1.7)

 

Это уравнение решаем графически, задаваясь значениями q (рисунок 5), y – левая часть уравнения.

При q=9000Вт/м² у=5,12

При q=3000Вт/м² у=-3,62

При у=0 находим q=5500Вт/м².

Коэффициент теплопередачи

 

 (IV.1.1.8)

 

Площадь поверхности теплообмена

 

 (IV.1.1.9)

 

С запасом 15-20% принимаем по каталогу [2, таблица XXXІV] одноходовой теплообменник.

Характеристики теплообменника:

поверхность теплообмена……………………………………112м²

диаметр кожуха……………………………………………….800мм

диаметр труб…………………………………………………...25×2

длина труб……………………………………………………….3,0м

количество труб………………………………………………….473

 

Дефлегматор

 

В дефлегматоре конденсируется ацетон с небольшим количеством этилового спирта. Температура конденсации паров дистиллята t_D=63⁰C. Температуру воды на входе в теплообменник примем 18⁰С, на выходе 38⁰С.

Составляем температурную схему процесса и определяем движущую силу процесса теплопередачи:

 

63→63

38←18

 

По таблице 4.8 [2] коэффициент теплопередачи от конденсирующегося пара органических веществ к воде находится в пределах 340 – 870 Вт/м²∙К. Принимаем наименьший коэффициент теплопередачи К=340 Вт/м²∙К.

Количество тепла, отнимаемого охлаждающей водой от конденсирующегося в дефлегматоре пара

 

 

Поверхность дефлегматора находим из основного уравнения теплопередачи

 (V.2.1)

 

С запасом 15-20% принимаем по каталогу [2, таблица XXXІV] двухходовой теплообменник.

Характеристики теплообменника:

поверхность теплообмена……………………………………76м²

диаметр кожуха……………………………………………….600мм

диаметр труб…………………………………………………...25×2

длина труб………………………………………………………4,0м

число труб

общее…………………………………………………………….244

на один ход………………………………………………………122

 

Холодильник для дистиллята

В холодильнике происходит охлаждение дистиллята от температуры конденсации до 30⁰С

 

63→30  

38←18

 

Количество тепла, отнимаемого охлаждающей водой от дистиллята в дефлегматоре

 

 (V.3.1)

 

Принимаем К=300Вт/м²∙К по таблице 4.8 [2].

Поверхность теплообмена холодильника дистиллята

 

 (V.3.2)

 

По таблице 4.12 [2] принимаем одноходовой теплообменник.

Характеристики теплообменника:

поверхность теплообмена……………………………………4,5м²

диаметр кожуха (наружный)…..…………………………….237мм

диаметр труб…………………………………………………...25×2

длина труб………………………………………………………1,5м

число труб………………………………………………………..37