| Задаем пленочный испаритель ИП-1 со следующими параметрами:
Нагревание проводится водой с  ,  .
Конструктивные параметры теплообменника: поверхность теплообмена  .  ,  ,  ,  ,  вес = 230
кг
, материал – нержавеющая сталь.
Производительность (по отгону паров эфира) – 24,34кг/час
.
Тепловой баланс пленочного испарителя.
Теплоноситель – горячая вода.
Температура горячей воды на входе  – 800
С
, на выходе  – 400
С
.
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 = 213
кг
, 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 550
С
до 300
С
):
 , 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.
|