годовая производительность сушилки по сухой терефталевой кислоте - 115000 тонн в год;

УТЭК.240401.ДП.02.00.000.ПЗ

Изм.

и Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

2 Расчетная часть

Исходные данные:

годовая производительность сушилки по сухой терефталевой кислоте - 115000 тонн в год;

температура терефталевой кислоты на входе в сушилку - 105 ⁰С;

температура терефталевой кислоты на выходе из сушилки - 135 ⁰С;

давление в сушилке - 0,0018 МПа;

температура инертного газа на входе в сушилку – 140 ⁰С;

температура инертного газа на выходе из сушилки – 117 ⁰С.

2.1 Материальный баланс узла сушки терефталевой кислоты

Часовую производительность сушилки находим по формуле

где G – годовая производительность по готовому продукту, т;

a – число часов работы сушилки в сутки, час;

b– число рабочих дней в году;

УТЭК.240401.ДП.02.00.000.ПЗ

Изм.

и Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

Таблица 9 - Материальный баланс узла окисления

Поступает	кг/с	%	Получается	кг/с	%
Параксилол	2,563	10,78	Кислота	3,97	16,61
Уксусная кислота, в том числе: -по реакции -возвратная	4,327	18,20	Отходящие газы, в том числе: -углекислый газ -угарный газ -азот	15,313	64,04
2,284	1,643
2,049	0,426
Катализатор	0,19	13,24
Воздух, в том числе кислород азот	16,88	71,06	Катализатор	0,191	0,80
3,636	Уксусная кислота	2,048	8,56
Метилацетат	0,562	2,35
13,24	Вода	1,82	7,61
Итого	23,91		Итого	23,91

Таблица 10 – Материальный баланс узла регенерации

Поступает	кг/с	%	Получается	кг/с	%
Параксилол	2,67	14,684	Кислота	4,15	22,77
Уксусная кислота, в том числе: - по реакции - возвратная	4,05	22,27	Отходящие газы, в том числе: -углекислый газ -угарный газ -азот	9,52	51,64
1,18	0,40
2,86	0,08
Катализатор	0,06	9,02
Воздух, в том числе кислород азот	11,11	62,69	Катализатор	0,23	0,349
2,39	Уксусная кислота	2,62	15,75
Метилацетат	0,11	0,63
9,03	Вода	1,61	8,84
Итого	18,23		Итого	23,91

Таблица 11 – Материальный баланс узла центрифугирования

Поступает	кг/с	%	Получается	кг/с	%
Суспензия терефталевой кислоты	10,7	39,13	Маточная жидкость	6,78	27,79
в том числе терефталевой кислоты	3,97	14,52	Раствор терефталевой кислоты	10,7	39,13
Уксусная кислота	6,77	24,76	в том числе	3,97	14,52

УТЭК.240401.ДП.02.00.000.ПЗ

Изм.

и Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

Продолжение таблицы 11

Промывочная вода	1,11	4,07	Промывочная вода	1,11	4,07
Промывший раствор	4,79	17,52	Промывший раствор	4,78	17,48
Итого	27,34		Итого	27,34

Таблица 12 – Материальный баланс узла осушки

Поступает	кг/ч	%	Получается	кг/ч	%
Терефталевая кислота		86,98	Терефталевая кислота	14958,33	86,90
Пара-карбокси-бензальдегид	0,2	0,001
Вода	2137,9	13,00	Вода	2156,36	13,103
Прочие	3,78	0,022	Прочие	1,19	0,007
Итого	17115,88		Итого	17115,88

Количество свободной влаги, испаряемой в процессе сушки, находим по формуле

где w₁ - начальная влажность материала, %;

w₂ - влажность сухого материала, %;

Производительность сушилки по исходному материалу находим по формуле

УТЭК.240401.ДП.02.00.000.ПЗ

Изм.

и Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

Количество потерь сухого вещества находим по уравнению

Расчет сушилки будем проводить на 1 кг очищенного газа (осушающего агента). Таким образом, материальный баланс сушилки будет следующим

где L – количество сушильного агента, кг/с;

- начальное содержание газа, кг/кг;

- конечное содержание газа, кг/кг;

Расход газа на 1 кг испаряемой влаги находим по формуле

Из найденных выражений видно, что удельный расход сушильного агента, зависит только от разности влагосодержании отработанного газа и свежего сушильного агента. Расход агента будет больше, чем выше его начальное влагосодержание d₁которое определяется температурой и относительной влажностью воздуха. Поэтому расход агента сушки, при прочих равных условиях, будет возрастать с увеличением температуры окружающей среды и относительной влажности наружного воздуха. Следовательно, расход сушильного агента в летних условиях будет больше, чем в зимних.

УТЭК.240401.ДП.02.00.000.ПЗ

Изм.

и Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

2.2 Тепловой баланс сушилки

В процессе сушки влага из поступившего в сушилку материала испаряется и уноситься сушильным агентом. При этом влагосодержание сушильного агента увеличивается от начального d₁ до конечного d₂. В соответствии с этим равенством

где - приход тепла с сушильным агентом, Вт;

- приход тепла с высушенным материалом, Вт;

- приход тепла с влагой испаряемой из материала, Вт;

- физическое тепло транспортирующих устройств, Вт;

- дополнительно подведенное тепло, Вт;

- расход тепла с сушильным агентом, Вт;

- расход тепла с высушенным материалом, Вт;

- расход тепла с нагретым транспортирующими устройствами, Вт;

- расход тепла с испаренной влагой, Вт;

- потери тепла в окружающую среду, Вт;

Приход тепла с сушильным агентом находим по формуле

УТЭК.240401.ДП.02.00.000.ПЗ

Изм.

и Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

где L – расход сушильного агента, кг/с;

с – удельная теплоемкость инертного газа, Дж/кг·⁰С;

t₀ – температура сушильного агента перед подогревателем, ⁰С;

Приход тепла с высушенным материалом находим по формуле

где с₂ – удельная теплоемкость высушенной терефталевой кислоты, Дж/кг·⁰С [11];

t₁ – температура терефталевой кислоты на входе в сушилку, ⁰С;

Приход тепла с уксусной кислотой, испаряемой из влажного материла, находим по формуле

где c_в – удельная теплоемкость уксусной кислоты, удаляемой из влажного материала, Дж/кг·⁰С [15];

W – количество испаряемой влаги, кг/с.

Физическое тепло транспортных устройств находим по формуле

где G_т – масса транспортных устройств, кг;

УТЭК.240401.ДП.02.00.000.ПЗ

Изм.

и Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

c_т – удельная теплоемкость транспортных устройств сушилки,

Дж/кг·⁰С [4];

t_т^’ – температура транспортных устройств на входе в сушилку, ⁰С

Дополнительно подведенное тепло в сушилку находим по уравнению

где Q_ух – потери тепла с уходящим сушильным агентом, Вт;

Q_исп – потери тепла на испарение влаги из материала, Вт;

Q_м – потери тепла на нагревание высушенного материала, Вт;

Q_п – потери тепла в окружающую среду, Вт

Потери тепла с уходящим инертным газом находим по формуле

где c – удельная теплоемкость инертного газа, Дж/кг·⁰С

Количество тепла расходуемое на испарение уксусной кислоты из терефталевой кислоты находим по формуле

где i_n^” – энтальпия уксусной кислоты в отработанном инертном газе, Дж/кг;

t_m^’ – температура терефталевой кислоты на входе в сушилку, ⁰С

УТЭК.240401.ДП.02.00.000.ПЗ

Изм.

и Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

Потери тепла на нагревание терефталевой кислоты находим по формуле

где t_m^’ – температура терефталевой кислоты на выходе из сушилки, ⁰С

Потери тепла сушилкой в окружающую среду находим по формуле

где K – коэффициент теплопередачи через стенку сушилки и изоляцию, Вт/м²·К (принимают равным 0,6÷1,2);

F – площадь наружной поверхности сушилки, м²;

t_ср – средняя температура в сушилке, ⁰С;

t_окр – температура окружающей среды, ⁰С

Площадь наружной поверхности сушилки находим по формуле

где r – радиус барабана сушилки, м;

l – длина барабан сушилки, м

Количество пришедшего тепла в сушилку составит

УТЭК.240401.ДП.02.00.000.ПЗ

Изм.

и Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

Расход тепла с сушильным агентом (инертным газом) находим по формуле

Расход тепла с высушенной терефталевой кислотой находим по формуле

Расход тепла с испаренной уксусной кислотой находим по формуле

где i_n – энтальпия уксусной кислоты в отработанном газе, Дж/кг [2]

Расход тепла с нагретым транспортным устройством находим по формуле

Количество израсходованного тепла составит

Из полученных данных видно,что количество тепла пришедшее в сушилку, равна количеству тепла, ушедшему из сушилки. Делаем вывод, что производственные расчеты верны.

УТЭК.240401.ДП.02.00.000.ПЗ

Изм.

и Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

Таблица 13 – Тепловой баланс сушилки

Приход тепла	Вт	Расход тепла	Вт
С инертным газом		С инертным газом	758948,38
С высушенной терефталевой кислотой	429680,16	С высушенной терефталевой кислотой	478786,5
С уксусной кислотой, испаряемой из терефталевой кислоты		С испаренной уксусной кислотой	355362,3
Физическое тепло транспортных устройств		Физическое тепло нагретых транспортных устройств	91306613,7
Дополнительно подведенное	921165,7	Потери тепла в окружающую среду
Всего	92925540,8	Всего	92925540,86

2.3 Технологический расчет барабанной сушилки

Зная напряжение сушилки сушилки по испарившейся уксусной кислоте можно найти рабочий объем барабана по формуле

где А – напряжение еденицы объема сушилки по испаренной уксусной кислоте, кг/м³·ч [4]

Отношение длины барабана сушилку к его диаметру должно быть в пределах L/D = 3,5 ÷ 7. Принимаем отношение длины барабана сушилку к его диаметру равное L/D = 6 и диаметр барабана определяем из соотношения

УТЭК.240401.ДП.02.00.000.ПЗ

Изм.

и Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

Диаметр барабана будет равна

По рассчитанным данным размером принимаем по ОСТ 26-01-437-87 сушильный барабан диаметром D = 2800 мм., и длиной L=14000 мм.

Уточняем объем выбранного барабана

Уточняем напряжение барабана по испарившейся уксусной кислоте

Время пребывания терефталевой кислоты в барабане определяем по формле

где p_нас – насыпная плотность терефталевой кислоты, кг/м³;

β_м - коэффициент заполнения барабана терефталевой кислотой (по практическим данным β_м = 0,15÷ 0,35);

G_ср – средняя масса материала, проходящего через барабан, кг/с;

Определяем среднюю массу терефталевой кислоты, проходящей через барабан по формуле

УТЭК.240401.ДП.02.00.000.ПЗ

Изм.

и Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

Объем терефталевой кислоты, находящейся в барабане, находим по формуле

Коэффициент заполнения барабана сушилки терефталевой кислотой уточняем по формуле

Что близко к принятому значению в исходных данных.

Определяем частоту вращения барабана сушилки по формуле

где a – коэффициент [15];

УТЭК.240401.ДП.02.00.000.ПЗ

Изм.

и Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

α – угол наклона барабана к горизонту (принимают от 0,5 до 6⁰ )

Проверим угол наклона барабана по формуле:

где ω_д – действительная скорость газов в сушилке, определяется по уравнению расхода, м/с.

Находим действительную скорость газов в сушилке по формуле

где V_г – объемный расход влажного инертного газа на выходе из барабана, м³/с, который рассчитывается по формуле

где T₀ – температура, соответсвующая нормальным условиям, К;

υ₀ – 22,4 м³/кмоль;

М_и.г. – молярная масса инертного газа, кг/кмоль;

М_у.к. – молярная масса уксусной кислоты, кг/кмоль;

х – влагосодержание газа при условиях процесса, кг/кг;

УТЭК.240401.ДП.02.00.000.ПЗ

Изм.

и Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

что близко к принятому значению

Парциальное давление паров уксусной кислоты в воздухе на выходе из барабана находим по формуле

где P₀ – давление в сушилке, мПа

Плотность газа на выходе из сушилки находим по формуле

В процессе сушки рабочая скорость инертного газа в сушилке ω_d должна быть меньше скорости уноса, равной скорости витания ω_вит частиц. Скорость витания частиц находим по формуле

УТЭК.240401.ДП.02.00.000.ПЗ

Изм.

и Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

где μ_ср – вязкость инертного газа при средней температуре, Па·с;

d – наименьший заданный диаметр частиц материала, м;

A_r – критерий Архимеда, который определяется по формуле

где ρ_ч – плотность частиц сухой терефталевой кислоты, кг/м³;

g – постоянная физическая величина, 9,8

Рабочая скорость инертного газа в сушилке ω_d = 1,4 м/с меньше чем скорость свободного витания частиц терефталевой кислоты (скорость уноса) ω_вит=1,8 м/с. Поэтому расчет основных размеров размеров сушильного барабана заканчиваем.

2.4 Расчет вспомогательного оборудования

Для того чтобы произвести сушку влажной терефталевой кислоты необходимо в сушильный барабан подводить осушающий агент инертный газ, который должен иметь температуру в пределах 135÷140 ⁰С. Для нагрева инертного газа до такой температуры используем теплообменник типа «труба в трубе», отличающийся от других теплообенников простотой конструкции, малым весом, а также высоким коэффициентом теплопередачи. Чтобы определить необходимое число теплообменников, для нагрева инертного газа произведем расчет теплообменника.

УТЭК.240401.ДП.02.00.000.ПЗ

Изм.

и Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

Исходные данные:

- горячий теплоноситель – водяной пар

давление Р = 0,10 МПа;

температура Т=190 ⁰С;

динамическая вязкость μ = 0,0161·10^-3 Па·с;

удельная теплоемкость с=1965,11 Дж/кг·⁰С;

теплопроводность λ= 0,033 Вт/м·⁰С;

плотность ρ=0,786 кг/м³;

количество теплоносителя G=3500 кг/ч;

теплота испарения τ = 1258410 Вт.

- холодный теплоноситель – инертный газ

температура газа на входе в теплообменник t₁=45 ⁰С;

температура газа на выходе из теплообменника t₂=135 ⁰С;

теплоемкость с=1039,12 Дж/кг·⁰С;

динамическая вязкость μ =0,021·10^-3 Па·с;

теплопроводность λ= 0,031 Вт/м·⁰С;

Количество теплоты горячего теплоносителя, отдаваемое при конденсации, рассчитывается по формуле

где G – количество горячего теплоносителя, кг/с;

τ – теплота конденсации водяного пара, Дж/кг;

Количество холодного теплоносителя находим по формуле

УТЭК.240401.ДП.02.00.000.ПЗ

Изм.

и Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

где q – количество холодного теплоносителя, кг/с;

с – удельная теплоемкость инертного газа, Дж/кг·⁰С;

t₁ – температура газа на входе в теплообменник, ⁰С;

t₂ – температура газа на выходе из теплообменника, ⁰С;

Средний температурный напор рассчитывается по формуле

где θ_max и θ_min – максимальный и минимальный тепловой напор, ⁰С;

θ_min= 55 θ_max=145

Ориентировочная поверхность теплообмена рассчитывается по формуле

где k₁ – коэффициент теплопередачи, Вт/м²· ⁰С [1];

УТЭК.240401.ДП.02.00.000.ПЗ

Изм.

и Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

По найденным данным определяем основные параметры подогревателя [4]:

- наружный диаметр внешней трубы D_н = 299 мм=0,299 м;

- внутренний диаметр внешней трубы D_в = 285мм=0,285 м;

- наружный диаметр внутренней трубы d_н = 245мм =0,245 м;

- внутренний диаметр внутренней трубы d_в = 232 мм=0,232 м;

Периметр смоченный жидкостью находим по формуле

Диаметр эквивалентный находим по формуле

где S – площадь поперечного сечения потока, м², который рассчитывается по формуле

Линейная скорость движения водяного пара рассчитывается по формуле

где ρ – плотность водяного пара, кг/м³;

УТЭК.240401.ДП.02.00.000.ПЗ

Изм.

и Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

Находим критерий Рейнольдса по формуле

где μ_п – динамическая вязкость водяного пара, Па·с [15];

Критерий Прандля определяем по формуле

где с_п – удельная теплоемкость водяного пара, Дж/кг·⁰С;

λ_п – теплопроводность водяного пара, Вт/м·⁰С;

Критерий Нусельта определяем по формуле

Коэффициент теплоотдачи водяного пара находим по формуле

УТЭК.240401.ДП.02.00.000.ПЗ

Изм.

и Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

Рассчитаем уточненную поверхность теплообмена

Площадь межтрубного пространства по формуле

Скорость движения инертного газа по трубе находим по формуле

где ρ – плотность инертного газа, кг/м³ [6];

Диаметр штуцеров рассчитываем по формуле

где ω – скорость движения водяного пара, м/с;

ρ – плотность водяного пара, кг/м³ [15];

Диаметр патрубков рассчитываем по формуле

УТЭК.240401.ДП.02.00.000.ПЗ

Изм.

и Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

где ρ – плотность инертного газа, кг/м³;

ω – скорость движения инертного газа, м/с;

Критерий Рейнольдса определяем по формуле

Критерий Прандля определяем по формуле

где μ_г – динамическая вязкость инертного газа, Па·с;

с_г – удельная теплоемкость инертного газа, Дж/кг · ⁰С;

λ_г – теплопроводность инертного газа, Вт/м·⁰С;

Определяем критерий Нуссельта

Находим коэффициент теплоотдачи

УТЭК.240401.ДП.02.00.000.ПЗ

Изм.

и Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

Коэффициент теплопередачи находим по формуле

где δ – толщина стенок труб теплообменника, м;

λ_ст – теплопроводность стенки, Вт/м·⁰С [1];

Находим уточненную поверхность теплообмена

Количество теплообменников,обходимых для нагрева инертного газа, находим по формуле

N ≈ 1

Из произведенных расчетов видно, что для нагрева инертного газа до темпрературы 135 – 140 ⁰С понадобиться один теплообменник.

Дата добавления: 2015-09-30