Расчет пленочного испарителя

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.

1. 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: .

2. 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: .

3. 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:

4. 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.