Расчет пленочного испарителя

Расчет пленочного испарителя

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 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.