Определение мольной доли компонентов в составе пара; температуры начала и конца конденсации пара; тепловой нагрузки конденсатора; расхода воды; температурного напора; теплофизических свойств конденсата, коэффициента теплопередачи и других показателей.
Аннотация к работе
Для этого сделаем пересчет из массовых процентов в мольные доли по формуле: , где - соответственно массовые проценты бензола и толуола в составе конденсирующегося пара, - мольные доли этих компонентов, М1-мольная масса бензола, М2 - мольная масса толуола. Так как конденсируется не чистый компонент, а смесь паров двух компонентов, то такой пар начнет конденсироваться при одной температуре (мы ее обозначаем ), а закончит при более низкой (эту конечную температуру мы обозначаем ). Для нахождения температуры начала конденсации пара заданного состава при заданном давлении используется уравнение изотермы паровой фазы: где Р-давление, при котором проводится процесс конденсации; Р1-давление пара чистого бензола, Р2-давление пара чистого толуола, у1 - мольная доля бензола, у2 - мольная доля толуола. необходимые для расчета давления паров чистых компонентов Р1 и Р2 можно рассчитать по уравнению Антуана где А,В и С - коэффициенты уравнения Антуана. Если теперь найти неизвестный нам отрезок DF и прибавить его значение к температуре, для которой получилось большее значение суммы, то в результате получим: . Понизим температуру до 85ОС и повторим расчет: Выполнив аналогичный расчет для толуола, получим: Находим значение суммы: .Принятый к установке конденсатор может быть установлен только горизонтально. Диаметры штуцеров зависят от объемного расхода потока V и скорости этого потока w. Допустимые скорости потока в трубе принимаются на основе практических рекомендаций. Для трубопроводов, по которым жидкость перекачивается насосом (напорные трубопроводы), допустимая скорость лежит в пределах 0,5 ? 2,5 м/с. В нашем конденсаторе это штуцер В. примем скорость пара в нем 20 м/с.
Вывод
Принятый к установке конденсатор может быть установлен только горизонтально. В этом случае запас поверхности теплопередачи составит 15%. Вертикальная установка нецелесообразна ввиду отсутствия запаса по поверхности теплопередачи.
Пункт 18
Расчет диаметров штуцеров входа пара, выхода конденсата, входа и выхода воды.
В выбранном к установке конденсаторе четыре штуцера.
Диаметры штуцеров зависят от объемного расхода потока V и скорости этого потока w. Диаметры штуцеров А,Б,В и Г найдем из уравнения расхода, которое для трубы имеет вид:
откуда
Допустимые скорости потока в трубе принимаются на основе практических рекомендаций. Для трубопроводов, по которым жидкость перекачивается насосом (напорные трубопроводы), допустимая скорость лежит в пределах 0,5 ? 2,5 м/с. В нашем аппарате это штуцера А и Б для входа и выхода воды. Принимаем скорость в них 1,5 м/с.
Для трубопроводов, по которым движется пар, рекомендуемая скорость 15 ? 40 м/с. В нашем конденсаторе это штуцер В. примем скорость пара в нем 20 м/с.
При движении жидкости самотеком (самотечные трубопроводы) рекомендуются скорости в диапазоне 0,1 ? 0,5 м/с. Это штуцер Г для вывода конденсата. примем скорость жидкости в нем 0,2 м/с.
ГОСТ устанавливает следующие диаметры штуцеров: 20;25;32;40;50;65;80;100;125;150;200;250;300;350;400 и 500 мм.
Для определения объемного расхода поступающего на конденсацию пара необходимо знать его плотность при заданном давлении 170000 МПА и температуре входа (температура начала конденсации, равной 111ОС. Расчет плотности выполняется по формуле:
где Мсм - молярная масса смеси, Р- рабочее давление, Ро - нормальное давление, Т- рабочая температура, То - нормальная температура.
Мольную массу смеси определим по правилу аддитивности:
где Мбенз и Мтол - мольные массы бензола и толуола, у1 и у2 - мольные доли бензола и толуола в составе поступающего на конденсацию пара.
С учетом этого плотность заходящего в аппарат пара будет равна:
Тогда объемный расход пара составит:
Объемный расход конденсата определим по формуле: , где плотность конденсата при его средней температуре.
Теперь можно приступить к расчету штуцеров.
Штуцера А и Б для ввода и вывода воды (при ее объемном расходе 0,034 м3/с):
По ГОСТУ принимаем штуцер с условным диаметром 200 мм.
Штуцер В для ввода конденсирующегося пара:
По ГОСТУ принимаем штуцер с условным диаметром 200 мм. Скорость пара при этом незначительно увеличится, оставаясь в рекомендованном диапазоне 15 ? 40 м/с.
Штуцер Г для вывода конденсата:
По ГОСТУ принимаем штуцер с условным диаметром 250 мм.
Список литературы
1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учебное пособие для вузов. - 12-е изд., стереотипное. Перепеч. с изд. 1987 г. - М.: ООО ТИД «Альянс», 2005. - 575 с.
2. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию./Под ред. Ю.И. Дытнерского. 2-е изд,.перераб. и доп. М.: Химия, 1991. 496с.
3. Измайлов В.Д., Филиппов В.В. Справочное пособие для расчетов по процессам и аппаратам химической технологии. Самара, САМГТУ, 2006, 44с.
4. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов. 13-е изд., стереотипное. Перепечатка с девятого издания 1973 г. - М.: ООО ИД «Альянс», 2006. - 753 с.