РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ Расчет материального баланса

3 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ   

3.1                  Расчет материального баланса

Цель материального баланса: определение расхода сырья и вспомогательных материалов для обеспечения заданной производительности по целевому продукту. Материальный баланс составляется на основании закона сохранения масс веществ.

3.1.1 Схема материальных потоков

         КЛ-1  -  колонна выделения хлористого водорода

         КЛ-2  -  колонна выделения винилхлорида

         КЛ-3  -  колонна выделения хлористого водорода

  Рисунок 3 - Схема материальных потоков

3.1.2 Исходные данные

Годовая производительность по товарному винилхлориду, т/г             137000

Технологические потери, %                                                                              1,5

Таблица 4 – Состав исходного сырья, дистиллята и кубового остатка колонн ректификации

Наименование компонентов	Сырьё	Дистиллят	Кубовый остаток
1	2	3	4
Колонна позиции КЛ1	F, % масс	P, % масс	W, % масс
- хлороводород - ацетилен - винилхлорид - легкокипящие компоненты - бензол - 1,2 ДХЭ - высококипящие компоненты - метилхлорид - инерты	16,882 0,043     34,979 0,192 0,671     46,992 0,033 0,003 0,205	98,500  0,250  0,050 - - - - -  1,200	0,008 -     42,200 0,233 0,809     56,706 0,040 0,040 -
Итого	100	100	100

Продолжение таблицы 4

1	2	3	4
Колонна позиции КЛ2	F, % масс	P, % масс	W, % масс
- хлороводород - высококипящие компоненты - винилхлорид  - метилхлорид - легкокипящие компоненты - бензол - 1,2 ДХЭ	0,008 0,040     42,200 0,004 0,233 0,809     56,706	0,020 - 99,970  0,010 - - -	- 0,070 0,030 - 0,400 1,400     98,1
Итого	100	100	100
Колонна позиции КЛ3	F, % масс	P, % масс	W, % масс
- хлороводород - винилхлорид - метилхлорид	0,020     99,970 0,010	0,134     99,850 0,016	-     99,991 0,009
Итого	100	100	100

3.1.3 Расчёт эффективного фонда рабочего времени

Исходные данные:

Пробег между капитальными ремонтами, П_к , ч                                        25968

Период между текущими ремонтами,  П_т, ч                                                 8592

Время остановки реактора на капитальный ремонт, Р_к, ч                             312

Время остановки реактора на текущий ремонт, Р_т ,ч                                    169

Процесс непрерывный, расчёт вели на часовую производительность. Для определения часовой производительности рассчитали эффективный фонд рабочего времени.

         Эффективный фонд рабочего времени, Т_эф, ч, определяли согласно /10,с.27/ по формуле

                                           Т_эф = Т_кал – (В_{пр. тек.} + В_{пр. кап.})                                            (1)

         Календарный фонд рабочего времени, Т_кал, ч, определяли согласно /10,с.27/ по формуле

                                                             Т_кал = Т_год * 24 ,                                                (2)             

         где  Т_год – количество дней в году

                24 – количество часов в одном дне.

Т_кал = 365 * 24 = 8760 ч.

         Число капитальных ремонтов, К_р , определяли согласно /10,с.27/ по формуле

                                                             К_р = Т_кал / П_к ,                                                   (3)

         где  П_к – период между капитальными ремонтами.

К_р = 8760 / 25968 =0,4

         Число текущего ремонта, Т_р , определяли согласно /10,с.27/ по формуле

                                                             Т_р =  Т_кал / П_т,                                                   (4)

         где  П_т – период между текущими ремонтами.

Т_р = 8760 /8592 = 1

         Время простоя оборудования на капитальном ремонте, В_{пр. кап.} , ч, определяли согласно /10,с.27/ по формуле

                                                      В_{пр. кап.} = К_р * В_{ост.кап.}                                               (5)

В_{пр. кап.} = 0,34 * 312 = 1108 ч.

         Время простоя оборудования на текущем ремонте, В_{пр. тек.} , ч, определяли согласно /10,с.27/  по формуле

                                                      В_{пр. тек.} = Т_р * В_{ост. тек.}                                               (6)

В_{пр. тек.} = 1 * 169 = 169 ч.

         Эффективный фонд рабочего времени, Т_эф , ч, определяли по формуле (1)

                                              Т_эф = Т_кал – (В_{пр. тек.} + В_{пр. кап.})                                         (7)

Т_эф = 8760 – (108 + 169) = 8483 ч.

Часовую производительность установки, N, кг/ч, определяли согласно /10,с.27/  по формуле

                                                       ,                                                     (8)

где    N₁ – годовая производительность установки, кг/год;

            Т_эф – эффективный фонд рабочего времени, ч.

N = 137000000/ 8483 = 16149,95 кг/ч.

Часовая производительность с учётом потерь

16149,95 * 1,015 = 16392,19 кг/ч.

Количество потерь

16392,19 – 16149,95 = 242,24 кг/ч.

3.1.4 Расчёт материального баланса для колонны позиции КЛ3

Таблица 5 - Состав и количество готового продукта

Наименование компонентов	% масс	кг/ч
- венилхлорид - метилхлорид	99,991  0,009	16390,71 1,47
Итого	100	16392,19

                                     16392,19 кг/ч  -   100 %

х кг/ч   -  99,991 %

х = 16390,71 кг/ч

Материальный баланс ректификационной колонны описывается следующим уравнением согласно /4,с.114/

                                         F  = P + W

                                        F * x_F = P * x_Р + W * x_W ,                                         ( 9 )

где  F, P , W – массовый расход сырья, дистиллята и кубового остатка, кг/ч;

        x_F , x_Р , x_W – массовое содержание низкокипящего компонента в           сырье, дистилляте и кубовом остатке, %.

Содержание винилхлорида в смеси, дистилляте, кубовом остатке согласно исходным данным

x_F  = 99,97 %

x_Р  = 99,85 %

x_W = 99,991 %

                                        F * x_F = P * x_Р + (F - P ) * x_W                                     (10)

                                       F * (x_F - x_W) = P * (x_Р -  x_W)                                         (11)

                                                    F =                                                (12)

F =  кг/ч.

                                                      W = F – P                                                     (13)

W = 19260,82 – 16392,19 = 2868,63 кг/ч.

         Таблица 6 – Сводная таблица материального баланса колонны позиции КЛ3

Приход			Расход
Наименование компонентов	% масс	кг/ч	Наименование компонентов	% масс	кг/ч
Исходная смесь	100	19260,82	Дистиллят	100	2868,63
в т.ч.: хлороводород винилхлорид метилхлорид	0,02 99,97  0,01	3,85 19255,04     1,93	в т. ч.: хлороводород винилхлорид метилхлорид	0,134 99,85     0,016	3,85   2864,32       0,46
			Кубовый остаток	100	16392,19
			в т. ч.: винилхлорид метилхлорид	99,991    0,009	16390,711       1,47
Итого	100	19260,82	Итого	100	19260,82

3.1.5 Расчёт материального баланса для колонны позиции КЛ2

Материальный баланс ректификационной колонны позиции КЛ2 описывается  уравнением (9).

Содержание винилхлорида в смеси, дистилляте, кубовом остатке согласно исходным данным

x_F  = 42,20 %

x_Р  = 99,97 %

x_W = 0,03 %

W = F – P                                                     (13)

                                        F * x_F = P * x_Р + (F - P ) * x_W                                     (10)

                                       F * x_F = P * x_Р + F* x_W  - P* x_W                                  (14)

                                       F * x_F - F* x_W  = P * x_Р - P* x_W                                   (15)

                                                    F =                                                (16)

F =  кг/ч.

W =   45646,82 – 19260,82 = 2635 кг/ч

Таблица 7 -  Сводная таблица материального баланса колонны позиции КЛ2

Приход			Расход
Наименование компонентов	% масс	кг/ч	Наименование компонентов	% масс	кг/ч
Исходная смесь	100	45646,82	Дистиллят	100	19260,82
в т.ч.: хлороводород винилхлорид легкокипящие бензол высококипящие метилхлорид 1,2 ДХЭ	0,008 42,2      0,233      0,809   0,04    0,004  56,709	3,85 19262,96 105,54 369,40  18,47    1,93 25884,67	в т. ч.: хлороводород винилхлорид метилхлорид	01,02 99,97   0,01	3,85 19255,04         1,93
			Кубовый остаток	100	26386
			в т. ч.: винилхлорид легкокипящие бензол 1,2 ДХЭ высококипящие	0,03 0,4 1,4    98,1  0,07	7,92    105,54     369,40 25884,67       18,47
Итого	100	45646,82	Итого	100	45646,82

3.1.6 Расчёт материального баланса для колонны позиции КЛ1

Материальный баланс ректификационной колонны позиции КЛ1 описывается  уравнением (9).

Содержание винилхлорида в смеси, дистилляте, кубовом остатке согласно исходным данным

x_F  = 34,979 %

x_Р  = 0,05 %

x_W = 42,2 %

                                     (P  + W) x_F  =  P * x_Р + W *x_W                                       (17)

                                P * x_F + W *x_W  = P * x_Р + W *x_W                                    (18)

                                        P * (x_F - x_Р ) = W *(x_W  - x_F)                                      (19)

                                                   P =                                                (20)  

P = кг/ ч.

F  = 9436,14 + 45646,82 = 55082,96 кг/ч.

Таблица 8 -  Сводная таблица материального баланса колонны позиции КЛ1

Приход			Расход
Наименование компонентов	% масс	кг/ч	Наименование компонентов	% масс	кг/ч
Исходная смесь	100	55082,96	Дистиллят	100	9436,14
в т.ч.: хлороводород ацетилен винилхлорид легкокипящие бензол 1,2ДХЭ высококипящие метилхлорид инерты	16,882  0,043 34,979  0,192  0,671 46,992  0,033  0,003  0,205	9298,44 2   3,59 19267,69  105,54  369,40 25884,67    18,47     1,93 113,23	в т. ч.: хлороводород ацетилен винилхлорид инерты	98,5 0,25 0,05     1,2	9294,59  23,59    4,73 113,23
			Кубовый остаток	100	45646,82
			в т. ч.: хлороводород винилхлорид легкокипящие бензол высококипящие метилхлорид 1,2 ДХЭ	0,008   42,2 0,233 0,809     0,04 0,004   56,709	3,85 19262,96    105,54     369,40       18,47         1,93 25884,67
Итого	100	55082,96	Итого	100	55082,96

         Таблица 9  -  Сводная таблица материального баланса колонн позиции КЛ1, КЛ2, КЛ3

Приход			Расход
Наименование компонентов	% масс	кг/ч	Наименование компонентов	% масс	кг/ч
Исходная смесь	100	55082,96	Дистиллят колонны позиции КЛ1	100	9436,14
в т.ч.: хлороводород ацетилен винилхлорид легкокипящие бензол 1,2ДХЭ высококипящие метилхлорид инерты	16,882  0,043 34,979  0,192     0,671 46,992  0,033  0,003  0,205	9298,44       23,59 19267,69  105,54    369,40 25884,67    18,47     1,93    113,23	в т. ч.: хлороводород ацетилен винилхлорид Инерты	98,5 0,25 0,05     1,2	9294,59  23,59    4,73    113,23
			Кубовый остаток колонны позиции КЛ2	100	26386
			в т. ч.: винилхлорид легкокипящие бензол 1,2 ДХЭ высококипящие	0,03 0,4 1,4    98,1  0,07	7,92    105,54     369,40 25884,67       18,47
			Дистиллят колонны позиции КЛ3	100	2868,63
			в т. ч.: хлороводород винилхлорид метилхлорид	0,134 99,85     0,016	3,85   2864,32       0,46
			Кубовый остаток колонны позиции КЛ3	100	16392,19
			в т. ч.: винилхлорид метилхлорид	99,991    0,009	16390,711       1,47
Итого	100	55082,96	Итого	100	55082,96

3.2             Конструктивный расчёт

Целью расчёта является определение конструктивных размеров: высоты, диаметра колонны и её годромеханических показателей.

Для дальнейших расчётов выразили концентрации питания, кубового остатка и дистиллята в мольных долях.

Концентрации сырья, дистиллята и кубового остатка, Х,  в мольных долях определяли согласно / 4,с.118/ по формуле

                                                   ,                                            (21)

где   М_НК, М_ВК – молекулярная масса низкокипящего и      высококипящего       компонента;

         А – массовые доли исходного сырья, дистиллята и кубового остатка;

         Х – мольная доля компонента.

- питания

- дистиллята

- кубового остатка

Относительный мольный расход питания F, кг/с, определяли согласно /4,с.118/ по формуле

                                                                                                              ( 22)

кг/с.

         Построили равновесную кривую «х – у» и диаграмму «t – х,у».

Таблица 10 – Равновесный состав жидкости и пара

х	1,33	0,96	0,52	0,28	0,14	0,06	0,01
у	1,01	0,99	0,941	0,83	0,64	0,34	0,06
t  (оС)	- 25	- 20	0	20	40	60	80

         Минимальное число флегмы для конечного момента разгона R_min, определяли согласно /4, с.119/ по формуле

                                                               ,                                              (23)

где  y_F^*  – мольная доля хлороводорода в паре.

Мольную долю хлороводорода в паре определяли по диаграмме «y – x».

y_F^* = 0,8

Рабочее число флегмы, R_раб ,  рассчитывали согласно /4,119/ по формуле

                                                         R_раб = 1.3 (R_min + 0,3)                                           (24)

R_раб = 1.3 * (0,34 + 0,3) = 0,74

          Отрезок, отсекаемый на оси ординат в, определяли согласно /4, 119/ по формуле

                                                          в = X_P /(R + 1)                                                   ( 25 )

в = 0.99/(0,74 + 1) = 0,57

         Уравнения рабочих линий определяли согласно /4,с.119/ по формуле

а) в верхней части колонны

                                                                                                         (26)

y = 0,42х+ 0,57

б) в нижней части колонны

                                                                                                 (27)

у = 1,68 х - 0,0002

Средние концентрации жидкости определяли согласно /4,с.120/ по формуле

а) в нижней части колонны

                                                       X_CP^/ = (X_F + X_P)/2                                                  (28)

X_CP^/ = (0,25 + 0,99)/2 = 0,62

б) в нижней части колонны

                                                    X_CP^// = (X_F + X_W)/2                                                    (29)

X_CP^// =(0,25 + 0,0001)/2 = 0,125

         Средние концентрации пара находили по уравнениям рабочих линий

а) в нижней части колонны

У_CP^/ = 0,42х + 0,57

У_CP^/ = 0,42 * 0,62 + 0,57 = 0,83

б) в нижней части колонны

У_CP^// = 1,68 х - 0,0002

У_CP^// = 1,68 * 0,125 – 0,0002 = 0,21

         Средние температуры пара определяли по диаграмме «t – x,y»

а) при  у_ср^/ = 0,83 ^оС          t _ср^/ = 20  ^оС         

б) при  у_ср^// = 0,21 ^оС         t _ср^// =64         

         Средние мольные массы, М_ср , кг/кмоль, и плотности пара, ρ, кг/м³ определяли согласно /4,с.121/ по формуле

                                              М_ср = У_CP * М_НК + (1 - У_CP)* М_ВК                                  (30)

                                                                                                                     (31)

а) М_ср ^/ = 36,5 * 0,83 + 62,5(1 – 0,83)  = 40,92 кг/кмоль

кг/м³.

б) М_ср^// = 36,5 * 0,21 + 62,5(1 – 0,21)  = 57,04 кг/кмоль

кг/ м³.

         Среднюю плотность пара в колонне, ρ_п, кг/ м³, определяли согласно /4,с.121/ по формуле

                                                                                                               (32)

 кг/ м³.

         Среднюю плотность жидкости в колонне, ρ_ж , кг/ м³ , определяли согласно /4,с.122/ по формуле

                                                         ρ_ж = ρ_Н.К. + ρ_В.К. / 2                                               (33)

ρ_ж = (99,7 + 983)/2 = 90 кг/ м³.

Скорость пара в колонне, ω, м/с, определяли согласно /4,с.122/ по формуле

                                                                   ,                                                  (34)

            где    с – коэффициент, зависящий от конструкций тарелок

                      ρ_ж , ρ_п – плотность жидкости и пара, кг/ м³

                     Коэффициент   с   для клапанных тарелок  приняли согласно /18,с.307/.

с =  0,027

         Объёмный расход проходящего через колонну пара, V, м³/с,  при средней температуре в колонне определяли согласно  /17,с.273/ по формуле  

                                                   ,                                         (35)

            где   G_P – массовый расход дистиллята, кг/с;

                      Т_ср – средняя температура, К;

                      М_р –  мольная масса дистиллята, кг/ кмоль.

М_Р = Х_р * М_Н.К.  + М_В.К. (1 - Х_р)

М_Р = 0,99 * 36,5 + 62,5(1 – 0,99) = 36,76 кг/моль.

 м³/с.

         Диаметр колонны, D_к, м,  определяли согласно /4,с.126/ по формуле

                                                                                                             (36)

         Согласно ОСТ 26-02-14011-77 приняли ректификационную колонну со следующими характеристиками:

Диаметр, D, мм                                                                                                           1000

Свободное сечение колонны, S₁, м²                                                                         0,785

Рабочее сечение тарелки, S₂ ,м2                                                                               0,713

Сечение перелива, S₃ ,м²                                                                                           0,036

Относительная площадь перелива, %                                                                         4,6

Периметр слива, L_с ,м                                                                                                   0,8

Масса, m, кг                                                                                                                  41,5

Скорость пара в колонне, ω, м/с,  определяли согласно /4,с.123/ по формуле

                                                                                                                 (37)

м/с.

Число действительных тарелок, n _т , шт, определяли согласно /4,с.124/ по формуле

                                                                    ,                                                  (38)

         где  п_т – число ступеней изменения концентраций, шт.

                  η - средний КПД тарелки

Число ступеней изменения концентраций средний КПД тарелки определили по диаграмме «х – у»

п_т = 8

  η  = 0,2

         Высоту колонны рабочей, Н_к , м,  определяли согласно / 4,124/ по формуле

                                                             Н_к = п_д * h,                                                        (39)

где    h – высота между тарелками, м.

Высота между тарелками приняли приняли согласно / 18,с.180/

h = 0,61

Н = 40 * 0,611 = 24,4 м.

Диаметр штуцера для подачи исходной смеси, d_F , м,  определяли согласно  /4, с.125/ по формуле

                                               d_F = ,                                           (40) 

где   G_F – массовый расход сырья, кг/с;

         ω – скорость движения сырья в трубопроводе, м/с;

         ρ – плотность сырья, кг/м³.

d_F = м.

Условный диаметр D_y = 200мм

Диаметр штуцера для подачи флегмы, d_ф, м,  определяли согласно  /4,с.125/ по формуле

d_ф  = м.

Условный диаметр D_y = 200мм

Диаметр штуцера для отвода кубового продукта, d_w, м,  определяли согласно  /4,с.125/ по формуле

                                              d_w=                                                (41)

d_w= м.

Условный диаметр D_y = 200мм

Диаметр штуцера для подачи пара, d_п, м,  определяли согласно  /4,с.125/ по формуле

d_п = м.

Условный диаметр D_y = 200 мм.

3.3             Тепловой баланс

Тепловой расчёт проводится для определения тепловой нагрузки аппарата, расчёта количества теплоносителя и определения правильности выбора режима работы

3.3.1 Схема тепловых потоков

где   Q_F – приход тепла с исходной смесью, кВт

        Q_под – приход тепла подводимого в куб колонны, кВт

        Q_Ф –  приход тепла с флегмой, кВт

        Q_G – расход тепла с дистиллятом, кВт

        Q_пот – расход тепла в окружающую среду, кВт

        Q_W– расход тепла с кубовым остатком, кВт

Рисунок 4 -   Схема тепловых потоков

3.3.2 Исходные данные

Таблица 11 – Удельные теплоёмкости хлористого водорода и винилхлорида, кДж/кг*К

Наименование компонента	Температура, oC
	Минус 21	910	110
Хлористый водород	0,680	0,796	0,812
Винилхлорид	1,146	1,448	1,556

3.3.3 Расчёт теплового баланса

Тепло приходящее с исходной смесью, Q_F , Вт, определяли согласно /17,с.235/ по формуле

                                                           Q_F = F*C_F*t_F                                                     ( 42 )

t_F = 90  ^oC

                                     C_F = C_Н.К. * X_F + C_В.К * (1 – X_F)                                              (43)

C_F = 0,796 * 10³ *0,25 + 11,446 * 10³ (1 – 0,25) = 1285 Дж/кг*К.

Q_F = 15,3 * 1285 * 90 = 1769445 Вт.

         Приход тепла с флегмой, Q_ф , Вт, определяли согласно /17,с.235/ по формуле

                                                      Q_ф = Ф * С_ф *t_ф                                                       (44)

t_ф = -  21 ^oC

                                                            Ф = Р * R                                                           (45)

Ф = 2,62 * 0,74 = 1,94 кг/с.

С_ф = 0,680 *10³ * 0,99 + 1,146 * 10³ (1 – 0,99) = 684,66 Дж/кг*К.

Q_ф = 1,94 * 684,66 * (-21) = -27893,05 Вт.

         Выход тепла с кубовым остатком, Q_W, Вт, определяли согласно /17,с.235/ по формуле

                                                         Q_W = t _W * С _W * W                                               (46)

t _W = 110  ^oC

                                             С _W = C_Н.К. * X_w + C_В.К * (1 – X_w)                                    (47)

С _W = 0,812 * 10³ * 0,0001 + 1,556 * 10³ (1 – 0,0001) = 1555,92 Дж/кг*К.

Q_W = 12,68 * 1555,92 * 110 = 2170197,22 Вт.

Расход тепла с дистиллятом, Q_G, Вт, определяли согласно / 17,с.236/ по формуле

                                                         Q_G = G * У_р                                                                    (48)

                                                        У_р = r_p * c_p * t_p                                                       (49)

         где  r_p – теплота парообразования, Дж/кг*К;

                  c_p – удельная теплоёмкость, кДж/кг*К.

                                          r_p = r _н.к. *X_p + r _в.к.  *(1 – X_p)                                              (50)

r_p = 301,0 * 10³ *0,99 + 332,8 * 10³ (1 – 0,99) = 301318 Дж/кг*К.

c_p = 0,680 * 10³ * 0,99 + 1,146 * 10³ (1- 0,99) = 684,66 Дж/кг*К.

У_р = 301318 + 684,66 * (-21) = 286940,14 Дж/кг.

G = 2,62 +  (2,62 * 0,74) = 4,56 кг/с.

Q_G = 4,56 * 286940,14 = 1308447,04 Вт.

         Расход тепла, подводимого в куб колонны, Q_под  , Вт, определяли согласно

/ 17, с.236/ по формуле

                                   Q_F + Q_ф + Q_под = Q_G + Q_W + 0,02 * Q_под                                   (51)

                                          0,98 * Q_под  = Q_G + Q_W - Q_F - Q_ф                                        (52)

0,98 * Q_под  = 2170197,22 + 1308447,04 – 1769445 + 27893,05 = 1737092,31 Вт.

Q_под  = 1772543,17 Вт.

         Потери в окружающую среду приняли равным 2 % от Q_под.

                                                         Q_пот = 0,02 * Q_под                                                  (53)

Q_пот = 0,02 * 1772543,17 = 35450,86 Вт.

         Таблица 12 – Сводная таблица теплового баланса

Приход		Расход
Тепловые потоки	кВт	Тепловые потоки	кВт
С исходной смесью, QF С флегмой, Qф С греющим паром, Qпод	1769,44 - 27,893 1772,543	С кубовым остатком, QW С дистиллятом, QG Тепловые потери, Qпот	2170,19 1308,45 35,45
Итого	3514,09	Итого	3514,09

         3.4 Расчёт и подбор вспомогательного оборудования

         Расчёт и подбор вспомогательного оборудования производится с целью определения габаритных размеров и количества аппаратов на заданную производительность.

         3.4.1 расчёт холодильника позиции ХК4.

         Холодильник предназначен для поддержания температуры верха колонны позиции КЛ3.

                                               

Рисунок 5 – Эскиз теплообменного аппарата               

         Определяли средний температурный напор при противотоке

                                 75                      65

 

             60                      20

                              ∆t_м = 15                ∆t_б = 45       

         Средний температурный напор  ∆t_ср ,^о С. определяли согласно /2, с.169/ по формуле 

                                                   (54)

 ^о С

Тепло уходящее с греющим паром Q, кВт, определяли по формуле (48)

Q = G*J_р

Q = 4,56 * 286940,14 = 1308447,04  кВт

Ориентировочное значение площади поверхности теплообменника F_ор ,определяли согласно  /2, с.216/ по формуле

 ,                                                       (55)

         где   К_ор – ориентировочное значение коэффициента теплопередачи

                   Вт/м²*К

         Ориентировочное значение коэффициента теплопередачи приняли согласно /2, с.172/.

К_ор = 300 Вт/м²*К                                                  (56)

м³

Согласно расчётным данным приняли кожухотрубчатый теплообменник,соответствующий  ГОСТу 15118-79 со следующими характеристиками:

Площадь поверхности теплообмена, м ²                                                                  160

Диаметр кожуха, мм                                                                                                   800

Диаметр труб, мм                                                                                                     20*2

Общее число труб, шт                                                                                                638

Число ходов                                                                                                                    4

Площадь сечения одного хода по трубам, м ²                                                       0,030

         К работе приняли 1 холодильник, т.к. 160/158 = 1.

Аналогично рассчитываем остальные холодильники позиции ХК1, АТ6 и испарители позиции ИП2, ИП3, ИП5.

3.4.2 Расчёт ёмкости позиции Е2

          Ёмкость Е2 предназначена для сбора флегмы.

                                            

Рисунок 6 – Эскиз ёмкости

Исходные данные:

Количество винилхлорида, кг/ч                                                                       16392,19

Время пребывания продукта в ёмкости, ч                                                                0,8

Коэффициент   заполнения S_зап                                                                                  0,8

Плотность винилхлорида, кг/м³                                                                                983 

Вместимость ёмкости V , м ³ ,определяли согласно /2,с.35/ по формуле

V = m_т * Т/ρ * S_зап                                               (57)

V = 16392,19 * 0,8/983 * 0,8 = 16,7 м ³

Полученным данным соответствует емкостной аппарат, имеющий следующие характеристики по ГОСТу:

Вместимость номинальная, м ³                                                                           16

Диаметр внутренний, мм                                                                                 2400

Длина цилиндрической части, мм                                                                  3448

Площадь поверхности теплообмена, м ²                                                         27,4

         Количество емкостей n, шт, рассчитали  согласно /2, с.35/ по формуле

n = V_n / V                                                           (58)

n = 16 /16,7 = 0,96 шт

         Исходя из данных расчёта, к работе приняли 1 ёмкость.

         Аналогично рассчитываем ёмкости позиции Е1, Е3, Е4.

         3.4.3 Расчёт насоса позиции Н3

         Насос позиции Н3 предназначен для перекачивания винилхлорида на флегмирование колонны позиции КЛ3.

                                                            

          Рисунок 7 – Эскиз центробежного насоса

          Исходные данные:

Массовый расход, кг/ч                                                                                     50

Плотность винилхлорида, кг/м³                                                                     983

Высота всасывания, м                                                                                        5

Геометрическая высота , м                                                                                   8

Давление на линии всасывания, мПа                                                              0,4  

Давление на линии нагнетания,мПа                                                            0,8

          Полный напор, развиваемый насосом H, м, определяли согласно /2,с.66/ по формуле

,                                  (59)

где    р₁ - избыточное давление в исходном резервуаре, Па;

         р₂ - избыточное давление в приемном резервуаре, Па;

         g - ускорение свободного падения, м/с²;

         h_вс - высота всаса, м;

          h_нач - высота нагнетания, м;

         H_г - геометрическая высота подъема жидкости, м.

м.

Полезную мощность насоса N, кВт, определяли согласно /2,с.67/ по формуле

,                                    (60)

где  - КПД насоса.

КПД насоса приняли согласно /2,с.35/.

 = 0,85

Объёмный расход перекачиваемой жидкости V_т, м³/с, определяли согласно /2,с.36/ по формуле

V_т = m_т /3600 * ρ                                                (61)

V_т = 50/3600 * 985 = 1,41 м³/с

кВт

Мощность электродвигателя N_дв, кВт, определяли согласно /2,с.67/ по формуле

N_дв=1,25×N                                                    (62)

N_дв=1,25×8,94=11,18 кВт.

Полученным данным соответствует центробежный насос со следующими характеристиками:

Марка                                                                                                           Х 20/53

Подача насоса, м³/ч                                                                                             20

Полный напор насоса, м                                                                                     53

Частота вращения, об/мин                                                                             2900

Тип электродвигателя                                                                            4А132М2

Номинальная мощность                                                                                  11,0

Необходимо установить два насоса, один рабочий, а другой резервный.

Аналогично рассчитывает насосы позиции Н1, Н2

Краткое описание документа:

Целью расчёта является определение конструктивных размеров: высоты, диаметра колонны и её годромеханических показателей.

Для дальнейших расчётов выразили концентрации питания, кубового остатка и дистиллята в мольных долях.

Тепловой расчёт проводится для определения тепловой нагрузки аппарата, расчёта количества теплоносителя и определения правильности выбора режима работы