蒸餾釜冷凝器換熱面積計算及其相關管道之管徑大小選擇的確定

2020-12-06 上善若水TGVW

1.1、加成脫溶釜冷凝器及釜相關管徑的選擇

加成脫溶釜選擇5000L反應釜，其中叔丁醇1345公斤、加成物3000公斤，脫去反應釜中的溶劑叔丁醇。

叔丁醇汽化潛熱=546.3KJ/Kg，5000L反應釜換熱面積12.73㎡，蒸汽汽化潛熱熱(0.3MPa/133℃)=2163KJ/Kg，蒸汽流速選擇18m/s，飽和蒸汽密度1.497Kg/m。

蒸發叔丁醇需要熱量Q=1345*546.3=734773KJ

蒸汽需求量：m蒸汽=Q/=340Kg，V蒸汽=340/1.497=227m

選擇管徑DN40的蒸汽管道對反應釜進行加熱，熱量損失為10%，需要加熱時間:

t=227*1.1/(0.02*0.02*3.14*18*3600)=3.07h

每小時蒸發叔丁醇量為1345/3.07=438.4Kg/h

每小時產氣量為：V叔丁醇=22.4L/mol*438.4/74.12=132.5m/h

冷凝器選擇一級冷凝器，冷卻介質為30℃的水，冷卻水出口溫度不超過40℃，冷熱流體呈逆流流動。採取常壓蒸發，冷凝溫度為82.8℃，冷卻至40℃。叔丁醇的比熱容為3.04KJ/(Kg·K)。

冷卻段的熱流量為Q1=438.4*3.04*(82.8-40)/3.6=15844.75W

冷凝段的熱流量為Q2=438.4*546.3/3.6=66527.2W

循環水用量為q=(15844.75+66527.2)/[(40-25)*4200]=1.31Kg/s

冷凝段與冷卻段循環水的溫度設為t*=15844.75/(1.31*4200)+25=27.88℃

冷卻段的對數平均溫差為：△t1=[（82.8-27.88）-（40-25）]/ln[（82.8-27.88）/（40-25）]=30.8℃

冷卻段所需傳熱面積為：A1=15844.75/100/26.5=5.98㎡（導熱係數為100W/(㎡·℃)）

冷凝段的對數平均溫差為：△t2=[（82.8-27.88）-（82.88-40）]/ln[（82.8-27.88）/（82.88-40）]=48.65℃

冷凝段所需傳熱面積為：A1=66527.2/500/48.65=2.74㎡（導熱係數為500W/(㎡·℃)）

所需總傳熱面積為A=5.98+2.74=8.72㎡

實際選擇傳熱面積為A實=8.72*1.2=10.46㎡，選擇10㎡的列管冷凝器。

冷凝器循環水進口選擇DN=2*(1.31*1000/3.14)2=43mm，進出口選擇DN50

熱體進氣口DN=2*(132.5/3600/10/3.14)-2=71mm，進氣口選擇DN80

結論：冷凝器選擇10㎡的列管冷凝器，循環水進出口為DN50，上汽口為DN80。反應釜蒸汽進口選擇DN40,蒸發時間大約為3小時！

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