Расчет пленочного испарителя

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 &#945;2: , 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.