Тепловой расчет установки

Целью тепловых расчетов является:

· Уточнение расхода острого пара, определенного в п.1.3 (с учетом тепловых потерь в окружающую среду);

· Определение расхода греющего пара в подогревателе исходной смеси, поступающей в колонну;

· Определение расходов охлаждающей воды в дефлегматоре и холодильниках дистиллята и кубового остатка.

Уточнение расхода острого пара , подаваемого под нижнюю тарел­ку колонны, осуществляется по уравнению теплового баланса колонны при подаче в нее острого пара:

где - массовые расходы исходной смеси, дистиллята и ку­бового остатка; – энтальпия острого пара при давлении р_к в кубе колонны; c_F, c_D, c_W – удельные теплоемкости исходной сме­си, дистиллята и кубового остатка при соответствующих их температурах t_F, t_D и t_W; t_F – температура кипения исходной смеси, определенная по t – x,y при x_F (линия кипения); t_D – температура дистиллята, определен­ная по t – х,у диаграмме при x_D (линия кипения); t_W – температура кубового остатка в кубе колонны при давлении Р_к (определяется по табл. XXXIX [2]); Q_Д – расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре; Q_пот – тепловые потери в окружающую среду.

при = 0,089

при = 0,64

Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре, опреде­ляем из зависимости:

где – удельная теплота конденсации паровой смеси в дефлегматоре.

По правилу аддитивности:

r_э и r_в – удельные теплоты конденсации этилового спирта и воды при температуре t_D, которые определяем, применяя линейную интерполяцию:

по табл. ХLV [3] = 848 кДж/кг

по табл. LVI [3] = 2312 кДж/кг

Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре

кВт

Принимаем тепловые потери = 5% от полезно затрачиваемой теплоты

= 0,03 – влажность пара в долях, ( 1- ) – сухость пара.

С учётом, что сопротивление одной колпачковой тарелки Δ = 800 Па, давление в кубе колонны приблизительно равно:

где = 101300 Па (760 мм.рт.ст.),

n = 22 – число действительных тарелок (пункт 1.5.)

При по табл.LVII [2], применяя линейную интерполяцию находим:

= 2686,5 кДж/кг и

Рассчитываем удельные теплоёмкости , и по правилу аддитивности:

где , и - удельные теплоемкости этилового спирта при температу­рах t_D, t_w и t_F определяем по номограмме рис.XI [3], а , и - удельные теплоемкости воды при тех же температурах по табл.XXXIX [3]:

, , - массовые доли низкокипящего компонента в дистилляте, кубовом остатке и сходной смеси;

Уточнённый расход острого пара с учётом тепловых потерь :

Принимаем тепловые потери = 5% от полезно затрачиваемой теплоты

φ = 0,03 – влажность пара в долях, (1- φ) – сухость пара.

Расход теплоты в паровом подогревателе исходной смеси при нагреве её до температуры кипения составит:

где = 20 - начальная температура исходной смеси (по заданию); c'_F = – удельная теплоемкость исходной смеси, определенная по правилу аддитив­ности, при средней температуре:

При по номограмме рис.XI [3] определяем и по табл.XXXIX [2] определяем , тогда

Расход греющего пара в подогревателе исходной смеси (с давлением и влажностью острого пара) равен:

где r_п – удельная теплота конденсации греющего пара при давлении , определяемая по табл.LVII [3]: = 2248,4 кДж/кг

Общий расход пара на установку:

При расчете расходов воды, подаваемой на дефлегматор и в холодильни­ки для охлаждения дистиллята и кубового остатка, принимаем её начальную температуру = 15 .

Во всех трех теплообменных аппаратах поступающая в них вода нагревается до какой-то температуры .

Максимально вода в дефлегматоре может нагреться до , которая на °C меньше (температуры конденсации пара в дефлегматоре).

Движущая сила в аппарате на выходе из него составляет:

°C

Такая же и по тем же причинам (при противоточном движении теплоносителей) будет на выходе воды из холодильника дистиллята:

°C .

Температура воды на выходе холодильника кубового остатка (при противоточном движении теплоносителей) принимается на °C меньше (температуры кубовой жидкости):

°C

Температуры охлажденных дистиллята (при противотоке теплоносителей):

и кубового остатка :

Расходы теплоты, которые вода принимает в холодильнике дистиллята:

и в холодильнике кубового остатка:

где и - теплоёмкости дистиллята и кубового остатка, рассчитываем по правилу аддитивности при средних температурах:

Рассчитаем расходы охлаждающей воды:

1) в дефлегматоре:

2) в холодильнике дистиллята:

3) в холодильнике кубового остатка:

где - теплоемкости воды при средней ее температуре в соответствующих аппаратах.

Составим уравнения материального и теплового балансов и определим, сколько всего воды и с какой температурой может быть направлено в систему горячего водоснабжения.

Уравнение материального баланса:

Уравнение теплового баланса:

Тогда температура смеси составит:

Исходя из выше полученных данных получаю, что в систему горячего водоснабжения можно направить кг/с воды с температурой t = 40.853 ^оС.