Московська Державна Академія
Тонкою Хімічної Технології
ім. М.В. Ломоносова
Кафедра процесів і апаратів хімічних технологій
Розрахунково-пояснювальна записка до курсового проекту
з розрахунку ректифікаційної установки
Студент: гр. ХТ-405
Керівник:
Москва 2002
ПЛАН
ВСТУП
Мета і завдання курсового проектування
Опис технологічної схеми
Вибір конструкційного матеріалу
Розрахунок контактних устройств6
Розрахунок потоків дистиляту і кубового залишку
РОЗРАХУНОК ГАБАРИТИ КОЛОНИ
Розрахунок габаритів верху колони
Розрахунок габаритів низу колони
Розрахунок гідравлічного опору колони
РОЗРАХУНОК ТЕПЛООБМІННОЇ АПАРАТУРИ
Діаметри штуцерів
Розрахунок кубового випарника
Розрахунок конденсатора-дефлегматора
Підігрівач вихідної суміші
Водяний холодильник дистиляту
Водяний холодильник кубового залишку
Розрахунок і вибір конденсатовідвідників
Розрахунок ємнісних апаратів
Розрахунок теплової ізоляції
Розрахунок відцентрового насоса
Розрахунок товщини обичайки
Список використаної літератури
Ректифікація - це процес поділу бінарних чи багатокомпонентних парових, а також рідких сумішей на практично чисті компоненти або їх суміші, збагачені легколетучим або тяжелолетучімі компонентами; процес здійснюється в результаті контакту нерівноважних потоків пари і рідини.
Характерною особливістю процесу ректифікації є наступні умови утворення нерівноважних потоків пари і рідини, що вступають в контакт: при поділі парових сумішей нерівноважний потік рідини утворюється шляхом повної або часткової конденсації минає після контакту потоку пари, у той час як при поділі рідких сумішей нерівноважний паровий потік, утворюється шляхом часткового випаровування йде після контакту рідини. Внаслідок зазначених особливостей проведення процесу нерівноважні потоки пари і рідини, що вступають у контакт, знаходяться в стані насичення, при цьому пара більш нагрітий, ніж рідина, і в ньому міститься більше тяжелолетучіх компонентів, ніж в рідині. Після контакту пар збагачується легколетучим, а рідина - тяжелолетучімі компонентами за рахунок взаємного перерозподілу компонентів між фазами.
Метою курсового проектування є закріплення знань, набутих при вивченні перерахованого ряду дисциплін, а також прищеплення навичок комплексного використання отриманих теоретичних знань для вирішення конкретних завдань по апаратному оформлення технологічних процесів.
Курсовий проект складається з розрахунково-пояснювальної записки і креслень проектованої установки на двох аркушах стандартного розміру - 814х576. На першій аркуші поміщаються загальний вид основного апарату установки з достатньою кількістю проекцій (поздовжні і поперечні розрізи) і найбільш важливі вузли. На другому листі наводиться технологічна схема установки.
Стікаючи вниз по колоні, рідина взаємодіє з піднімається вгору парою, що утворюється при кипінні рідини в кубовому випарнику К. Початковий склад пара приблизно дорівнює складу кубового залишку хо, тобто збіднений легколетучим компонентом. У результаті масообміну з рідиною пар збагачується легко летючим компонентом. Для більш повного збагачення верхню частину колони зрошують, відповідно до заданого флегмового числом рідиною (флегмою) складу х2, одержуваної в дефлегматори Д шляхом конденсації пара, що виходить з колони. Частина конденсату виводиться з дефлегматора у вигляді готового продукту поділу - дистиляту, який охолоджується в теплообміннику - холодильнику дистиляту Х2 і направляється в ємність Е3.
З кубовою частини колони насосом безперервно виводиться кубова рідина - продукт, збагачений труднолетучім компонентом, який охолоджується в теплообміннику - холодильнику кубового залишку Х1 і прямує в ємність Е2.
Таким чином, в ректифікаційної колоні здійснюється безперервний процес поділу вихідної бінарної суміші на дистилят (з високим вмістом легколетучего компоненту) та кубовий залишок (збагачений труднолетучім компонентом).
Кращі матеріали, швидкість корозії яких не перевищує 0,1-0,5 мм / рік, а по можливості - більш стійкі (швидкість корозії 0,01-0,05 мм / рік).
Сталь марки ОХ17Т володіє підвищеною опірністю межкристаллической корозії і стійка як до ацетону, так і до бензолу. Для трубопроводів виберемо марку Х17.
Стали задовільно обробляються різанням і мають задовільною зварюваністю.
Сталь ОХ17Т (ГОСТ 5632-61)
SYMBOL 108 \ f "Symbol" \ s 12l = 25,1 Вт / м · КSYMBOL 114 \ f "Symbol" \ s 12r = 7700 кг/м3
Сталь Х17 (ГОСТ 5632-61) [6, стр.281, 282]
SYMBOL 108 \ f "Symbol" \ s 12l = 25,1 Вт / м · КSYMBOL 114 \ f "Symbol" \ s 12r = 7750 кг/м3
1) За рівноважним даними необхідно побудувати діаграми T (x, y) і (x, y) для суміші ацетон-бензол.
А SYMBOL 186 \ f "Symbol" \ s 12Є Ацетон Ма = 46 кг / кмоль
Б SYMBOL 186 \ f "Symbol" \ s 12Є БензолМб = 78 кг / кмоль
2) Перераховуємо відомі концентрації а0, а1 і а2 в x0, x1 і x2:
3) Розрахунок мінімального флегмового числа:
визначаємо по діаграмі (x, y) по x1:
SYMBOL 187 \ f "Symbol" \ s 12 »44
4) Розрахунок робочого флегмового числа:
R = SYMBOL 115 \ f "Symbol" \ s 12sSYMBOL 215 \ f "Symbol" \ s 12ЧRmin = 1,2 * 2,45 = 2,94
5) Розрахунок відрізка "b" для побудови робочої лінії зміцнювальної частини колони:
6) Побудова робочої лінії на діаграмі (x, y) і визначення числа теоретичних тарілок:
nут = 5nот = 11
Для розрахунку числа реальних тарілок необхідно знайти їх ККД.
7) Розрахунок ККД тарілок:
Розрахунок ведеться для живильної тарілки
х1 = 0,23 моль / моль
Оскільки суміш подається при температурі кипіння, t1 визначається по діаграмі Т (х, у) за х1.
t1SYMBOL 187 \ f "Symbol" \ s 12 »68,8 ° C
При цій температурі визначається тиск насичених парів компонентів:
РaSYMBOL 187 \ f "Symbol" \ s 12 »1100 мм Hg
РбSYMBOL 187 \ f "Symbol" \ s 12 »31 мм Hg
Необхідно розрахувати коефіцієнт відносної леткості:
В'язкість рідкої суміші:
SYMBOL 109 \ f "Symbol" \ s 12mА і SYMBOL 109 \ f "Symbol" \ s 12mВ визначаються при t1 = 68,8 ° С:
SYMBOL 109 \ f "Symbol" \ s 12ma SYMBOL 187 \ f "Symbol" \ s 12 »0,22 сп
SYMBOL 109 \ f "Symbol" \ s 12mб SYMBOL 187 \ f "Symbol" \ s 12 »0,36 сп
SYMBOL 97 \ f "Symbol" \ s 12aSYMBOL 215 \ f "Symbol" \ s 12ЧSYMBOL 109 \ f "Symbol" \ s 12mсм = 35,5 * 0,315 = 11,18
Середній ККД тарілок по діаграмі:
SYMBOL 104 \ f "Symbol" \ s 12h SYMBOL 187 \ f "Symbol" \ s 12 »0,25
8) Розрахунок числа реальних тарілок:
Nобщ = 20 +44 = 64
Розрахунок потоків дистиляту і кубового залишку
За правилом важеля другого роду:
П (а2-а0) = W1 (a1-a0)
Перевірка:
П + W0 = W1
0,30 +1,9 = 2,2 кг / с
Розрахунок габаритів колони
Розрахунок габаритів верху колони:
= П (R +1)
Рекомендована швидкість пари дорівнює:
а) Розрахунок щільності рідини:
SYMBOL 114 \ f "Symbol" \ s 12ra і SYMBOL 114 \ f "Symbol" \ s 12rб визначаються при температурі дистиляту tд = t2SYMBOL 187 \ f "Symbol" \ s 12 »68,8 (по діаграмі Т (х, у) ):
SYMBOL 114 \ f "Symbol" \ s 12ra SYMBOL 187 \ f "Symbol" \ s 12 »719 кг/м3
SYMBOL 114 \ f "Symbol" \ s 12rб SYMBOL 187 \ f "Symbol" \ s 12 »805 кг/м3
б) Розрахунок щільності пара:
pSYMBOL 117 \ f "Symbol" \ s 12u = RT2
в) Розрахунок рекомендованої швидкості пари:
Розрахунок габаритів низу колони.
Рекомендована швидкість пара розраховується при температурі t0SYMBOL 187 \ f "Symbol" \ s 12 »77 ° C (діаграма T (x, y))
а) Розрахунок щільності рідини:
SYMBOL 114 \ f "Symbol" \ s 12raSYMBOL 187 \ f "Symbol" \ s 12 »724кг/м3
SYMBOL 114 \ f "Symbol" \ s 12rбSYMBOL 187 \ f "Symbol" \ s 12 »818кг/м3
б) Розрахунок щільності пара:
Рекомендована швидкість пара:
в) Розрахунок
:
Розрахунок rкуб проводиться за принципом адитивності:
rкуб = raSYMBOL 215 \ f "Symbol" \ s 12Чa0 + rбSYMBOL 215 \ f "Symbol" \ s 12ч (1-a0)
rкуб = 500 * 0,025 +396 SYMBOL 215 \ f "Symbol" \ s 12ч (1-0,025) SYMBOL 187 \ f "Symbol" \ s 12 »398,6 кДж / кг
Розрахунок Qкіп.
Qкіп = W0SYMBOL 215 \ f "Symbol" \ s 12Чc0SYMBOL 215 \ f "Symbol" \ s 12Чt0-W1SYMBOL 215 \ f "Symbol" \ s 12Чc1SYMBOL 215 \ f "Symbol" \ s 12Чt1 + П (RSYMBOL 215 \ f "Symbol "\ s 12Чrд + Iп)
За діаграмою Т (x, y) визначаємо:
- По х1t1 = 63,8 ° C - по х2t2 = 56,7 ° C - по х0t0 = 77 ° C
Обчислюємо теплоємності суміші при різних температурах:
з0 = сaSYMBOL 215 \ f "Symbol" \ s 12Чa0 + сб (1-a0) = 0,58 * 4, 19 * 0,025 +4, 19 * 0,45 * (1-0,025) = 1,47 кДж / КГК
з1 = сaSYMBOL 215 \ f "Symbol" \ s 12Чa1 + сб (1-a1) = 0,555 · 4, 19 * 0,15 +0,444 * 4, 19 * 0,85 = 1,93 кДж / кгSYMBOL 215 \ f " Symbol "\ s 12ЧК
с2 = сaSYMBOL 215 \ f "Symbol" \ s 12Чa2 + сб (1-a2) =
0,546 · 4, 19 * 0,925 +0,43 * 4, 19 * 0,075 = 2,25 кДж / кгSYMBOL 215 \ f "Symbol" \ s 12ЧК
Значення Сa і сб взяті з номограми
При температурі t2 = 56,7 ° C питома теплота пароутворення дистиляту:
rд = raa2 + rб (1-a2) = 522,4 · 0,925 +410,7 · (1-0,925) = 595,5 кДж / кг
Ентальпія пари:
Iп = c2 · t2 + rд = 2,25 · 56,7 +595,5 SYMBOL 187 \ f "Symbol" \ s 12 »654,5 кДж / кг
Qкіп = 1,9 · 1,47 · 77-2,22 · 1,93 · 63,8 +0,3 (2,45 · 595,5 +654,5) = 575,7 кВт
Тепер можна розрахувати діаметр колони:
Розрахунок висоти.
H = h (Nобщ-1) + Zв + Zн = 0,5 (64-1) +2 +1 = 34,5 м
Габарити колони.
Н = 34,5 м
Розрахунок гідравлічного опору тарілковий частини колони.
Загальне гідравлічний опір тарілки:
ΔР = ΔРс + ΔРσ + ΔРж, Па.
- Розрахунок втрати напору пара на подолання місцевих опорів на сухий (незрошуваних) тарілці
ΔРс = ξ
Коефіцієнт опору для клапанної тарілки ξ = 3,6 за [5, стор.25]
Швидкість пари в отворі тарілки:
ΔРс = 3,6 *
- Розрахунок опору, що викликається силами поверхневого натягу.
ΔРσ =
dе = d0 = 40 мм - еквівалентний діаметр отвору тарілки.
При
σА = 15,9 * 10-3 Н / м [1, стр.501, табл. XXII]
σб = 22,1 * 10-3 Н / м
σср =
ΔРσ =
- Розрахунок статистичного опору шару рідини на тарілці.
ΔРж = КА * hж * ρж * g, Па
Відносна щільність парорідинних суміші КА = 0,5-0,7
Середня щільність рідини
ρж =
висота шару рідини на тарілці
hж = hw + how
висота перегородки hw = 0,03-0,05 м
Підпору рідини на зливний перегородці:
how =
Периметр зливу П '= 1,12 м
Об'ємна витрата рідини
how =
hж = 0,04 +0,02 = 0,06 м
ΔРж = 0,5 * 0,06 * 770 * 9,81 = 226,6 Па
І так ΔР = 514 +1,9 +226,6 = 642,5 Па
Перевіримо, чи дотримується при відстані між тарілками 0,5 м необхідні для нормальної роботи тарілок умова:
h> 1,8 *
0,4> 1,8 *
0,4> 0,17 => умови виконуються
Повний опір тарельчатой колони визначається числом тарілок
nΣ = 64 в колоні.
ΔРполное = ΔР * nΣ = 642,5 * 64 = 31120 Па.
Розрахунок діаметрів штуцерів.
1) Штуцер для введення вихідної суміші.
d =
вихідні дані:
t1 = 63,8 єC
ρA = 640,1 кг / м3
ρВ = 829,2 кг / м3
ω1 = 0,9 м / с
ρ1 = Х1 * ρА + (1-Х1) * ρВ = 0,23 * 640,1 + (1-0,23) * 829,2 = 785,7 кг / м3
d =
Приймаю
Dу = 50мм, dн = 55мм, S = 3,5 мм, Н = 120мм
2) Штуцер для пари з колони.
d =
Вихідні дані:
d =
Приймаю
Dу = 350 мм, dн = 358 мм, S = 4 мм, Н = 235 мм
3) Штуцер для введення флегми.
d =
Вихідні дані:
d =
Приймаю
Dу = 50 мм, dн = 55 мм, S = 3,5 мм, Н = 120 мм
4) Штуцер для виведення кубового залишку.
d =
Вихідні дані:
d =
Приймаю
Dу = 50 мм, dн = 55 мм, S = 3,5 мм, Н = 120 мм
5) Штуцер для введення парорідинних суміші.
d =
f = 0,25 * fтр
fтр = 0,176 м2
d =
Приймаю
Dу = 250 мм, dн = 260 мм, S = 5 мм, Н = 175 мм
6) Штуцер для виведення рідини.
d =
Вихідні дані:
d =
Приймаю
Dу = 50 мм, dн = 55 мм, S = 3,5 мм, Н = 120 мм
Тепловий баланс ректифікаційної установки
1) Витрата тепла в кип'ятильнику:
(Розрахований вище)
2) Витрата гріючої пари в кип'ятильнику:
За (3, стр.525, табл. LVII) через тиск пари, що гріє P = 0,4 MПа = 4 ат знаходимо питому ентальпію пара:
3) Витрати тепла дефлегматора:
Qg = Dм * rдіс
Qg = 1,3 * 595,5 = 774 кВт
4) Витрата охолоджуючої води в дефлегматори при нагріванні її на 20єC:
В інтервалі температур 9-20 єC вода має теплоємність Cв = 4, 19
5) Витрата тепла в подогревателе:
Qn = ω1 * C1 * t1 = 2,22 * 1,93 * 63,8 = 273,4
6) Витрата гріючої пари в подогревателе:
7) Загальний витрата пари, що гріє:
8) Витрати тепла холодильника:
- Дистиляту:
- Кубового залишку:
9) Витрата охолоджуючої води при нагріванні її на 20 єC в холодильнику:
- Дістіллат:
- Кубового залишку:
10) Загальний витрата охолоджуючої води:
Тонкою Хімічної Технології
ім. М.В. Ломоносова
Кафедра процесів і апаратів хімічних технологій
Розрахунково-пояснювальна записка до курсового проекту
з розрахунку ректифікаційної установки
Студент: гр. ХТ-405
Керівник:
Москва 2002
ПЛАН
ВСТУП
Мета і завдання курсового проектування
Опис технологічної схеми
Вибір конструкційного матеріалу
Розрахунок контактних устройств6
Розрахунок потоків дистиляту і кубового залишку
РОЗРАХУНОК ГАБАРИТИ КОЛОНИ
Розрахунок габаритів верху колони
Розрахунок габаритів низу колони
Розрахунок гідравлічного опору колони
РОЗРАХУНОК ТЕПЛООБМІННОЇ АПАРАТУРИ
Діаметри штуцерів
Розрахунок кубового випарника
Розрахунок конденсатора-дефлегматора
Підігрівач вихідної суміші
Водяний холодильник дистиляту
Водяний холодильник кубового залишку
Розрахунок і вибір конденсатовідвідників
Розрахунок ємнісних апаратів
Розрахунок теплової ізоляції
Розрахунок відцентрового насоса
Розрахунок товщини обичайки
Список використаної літератури
Введення
Ректифікація - один з найпоширеніших технологічних процесів в хімічній, нафтопереробній та, в багатьох інших галузях промисловості.Ректифікація - це процес поділу бінарних чи багатокомпонентних парових, а також рідких сумішей на практично чисті компоненти або їх суміші, збагачені легколетучим або тяжелолетучімі компонентами; процес здійснюється в результаті контакту нерівноважних потоків пари і рідини.
Характерною особливістю процесу ректифікації є наступні умови утворення нерівноважних потоків пари і рідини, що вступають в контакт: при поділі парових сумішей нерівноважний потік рідини утворюється шляхом повної або часткової конденсації минає після контакту потоку пари, у той час як при поділі рідких сумішей нерівноважний паровий потік, утворюється шляхом часткового випаровування йде після контакту рідини. Внаслідок зазначених особливостей проведення процесу нерівноважні потоки пари і рідини, що вступають у контакт, знаходяться в стані насичення, при цьому пара більш нагрітий, ніж рідина, і в ньому міститься більше тяжелолетучіх компонентів, ніж в рідині. Після контакту пар збагачується легколетучим, а рідина - тяжелолетучімі компонентами за рахунок взаємного перерозподілу компонентів між фазами.
Мета і завдання курсового проектування
Курсовий проект базується не тільки на теорії процесів і апаратів хімічної технології, а й на низці попередніх дисциплін (графіка, технічна механіка, фізична хімія). Якість проекту залежить від рівня оволодіння знаннями з зазначених дисциплін, від уміння користуватися технічною літературою і від виявленої при проектуванні ініціативи.Метою курсового проектування є закріплення знань, набутих при вивченні перерахованого ряду дисциплін, а також прищеплення навичок комплексного використання отриманих теоретичних знань для вирішення конкретних завдань по апаратному оформлення технологічних процесів.
Курсовий проект складається з розрахунково-пояснювальної записки і креслень проектованої установки на двох аркушах стандартного розміру - 814х576. На першій аркуші поміщаються загальний вид основного апарату установки з достатньою кількістю проекцій (поздовжні і поперечні розрізи) і найбільш важливі вузли. На другому листі наводиться технологічна схема установки.
Опис технологічної схеми
Вихідну суміш з ємності Е1 відцентровим насосом Н1 подають у теплообмінник - підігрівач вихідної суміші П, де вона нагрівається до температури кипіння. Нагріта суміш надходить на розділення в ректифікаційної колони КР на тарілку харчування, де склад рідини дорівнює складу вихідної суміші х1.Стікаючи вниз по колоні, рідина взаємодіє з піднімається вгору парою, що утворюється при кипінні рідини в кубовому випарнику К. Початковий склад пара приблизно дорівнює складу кубового залишку хо, тобто збіднений легколетучим компонентом. У результаті масообміну з рідиною пар збагачується легко летючим компонентом. Для більш повного збагачення верхню частину колони зрошують, відповідно до заданого флегмового числом рідиною (флегмою) складу х2, одержуваної в дефлегматори Д шляхом конденсації пара, що виходить з колони. Частина конденсату виводиться з дефлегматора у вигляді готового продукту поділу - дистиляту, який охолоджується в теплообміннику - холодильнику дистиляту Х2 і направляється в ємність Е3.
З кубовою частини колони насосом безперервно виводиться кубова рідина - продукт, збагачений труднолетучім компонентом, який охолоджується в теплообміннику - холодильнику кубового залишку Х1 і прямує в ємність Е2.
Таким чином, в ректифікаційної колоні здійснюється безперервний процес поділу вихідної бінарної суміші на дистилят (з високим вмістом легколетучего компоненту) та кубовий залишок (збагачений труднолетучім компонентом).
Вибір конструкційного матеріалу
Матеріал для виготовлення колон і теплообмінної апаратури вибирається відповідно до умов їх експлуатації (міцність, механічна обробка, зварюваність). Головним же вимогою є їх корозійна стійкість. Остання оцінюється в залежності від швидкості корозії.Кращі матеріали, швидкість корозії яких не перевищує 0,1-0,5 мм / рік, а по можливості - більш стійкі (швидкість корозії 0,01-0,05 мм / рік).
Сталь марки ОХ17Т володіє підвищеною опірністю межкристаллической корозії і стійка як до ацетону, так і до бензолу. Для трубопроводів виберемо марку Х17.
Стали задовільно обробляються різанням і мають задовільною зварюваністю.
Сталь ОХ17Т (ГОСТ 5632-61)
SYMBOL 108 \ f "Symbol" \ s 12l = 25,1 Вт / м · КSYMBOL 114 \ f "Symbol" \ s 12r = 7700 кг/м3
Сталь Х17 (ГОСТ 5632-61) [6, стр.281, 282]
SYMBOL 108 \ f "Symbol" \ s 12l = 25,1 Вт / м · КSYMBOL 114 \ f "Symbol" \ s 12r = 7750 кг/м3
Рівноважні дані:
Суміш: Ацетон - Бензол.| x | y | t |
| 0 | 0 | 86,1 |
| 1 | 3,52 | 79,2 |
| 5 | 14,96 | 76,35 |
| 10 | 25,31 | 73,6 |
| 20 | 46,3 | 69,7 |
| 30 | 51,47 | 66,75 |
| 40 | 60,3 | 64,5 |
| 50 | 67,85 | 62,65 |
| 60 | 74,64 | 61 |
| 70 | 81 | 59,6 |
| 80 | 87,37 | 58,35 |
| 90 | 93,71 | 57,25 |
| 95 | 96,87 | 56,7 |
| 99 | 99,37 | 56,27 |
| 100 | 100 | 56,18 |
А SYMBOL 186 \ f "Symbol" \ s 12Є Ацетон Ма = 46 кг / кмоль
Б SYMBOL 186 \ f "Symbol" \ s 12Є БензолМб = 78 кг / кмоль
2) Перераховуємо відомі концентрації а0, а1 і а2 в x0, x1 і x2:
3) Розрахунок мінімального флегмового числа:
4) Розрахунок робочого флегмового числа:
R = SYMBOL 115 \ f "Symbol" \ s 12sSYMBOL 215 \ f "Symbol" \ s 12ЧRmin = 1,2 * 2,45 = 2,94
5) Розрахунок відрізка "b" для побудови робочої лінії зміцнювальної частини колони:
6) Побудова робочої лінії на діаграмі (x, y) і визначення числа теоретичних тарілок:
nут = 5nот = 11
Для розрахунку числа реальних тарілок необхідно знайти їх ККД.
7) Розрахунок ККД тарілок:
Розрахунок ведеться для живильної тарілки
х1 = 0,23 моль / моль
Оскільки суміш подається при температурі кипіння, t1 визначається по діаграмі Т (х, у) за х1.
t1SYMBOL 187 \ f "Symbol" \ s 12 »68,8 ° C
При цій температурі визначається тиск насичених парів компонентів:
РaSYMBOL 187 \ f "Symbol" \ s 12 »1100 мм Hg
РбSYMBOL 187 \ f "Symbol" \ s 12 »31 мм Hg
Необхідно розрахувати коефіцієнт відносної леткості:
В'язкість рідкої суміші:
SYMBOL 109 \ f "Symbol" \ s 12mА і SYMBOL 109 \ f "Symbol" \ s 12mВ визначаються при t1 = 68,8 ° С:
SYMBOL 109 \ f "Symbol" \ s 12ma SYMBOL 187 \ f "Symbol" \ s 12 »0,22 сп
SYMBOL 109 \ f "Symbol" \ s 12mб SYMBOL 187 \ f "Symbol" \ s 12 »0,36 сп
SYMBOL 97 \ f "Symbol" \ s 12aSYMBOL 215 \ f "Symbol" \ s 12ЧSYMBOL 109 \ f "Symbol" \ s 12mсм = 35,5 * 0,315 = 11,18
Середній ККД тарілок по діаграмі:
SYMBOL 104 \ f "Symbol" \ s 12h SYMBOL 187 \ f "Symbol" \ s 12 »0,25
8) Розрахунок числа реальних тарілок:
Nобщ = 20 +44 = 64
Розрахунок потоків дистиляту і кубового залишку
За правилом важеля другого роду:
П (а2-а0) = W1 (a1-a0)
Перевірка:
П + W0 = W1
0,30 +1,9 = 2,2 кг / с
Розрахунок габаритів колони
Розрахунок габаритів верху колони:
Рекомендована швидкість пари дорівнює:
а) Розрахунок щільності рідини:
SYMBOL 114 \ f "Symbol" \ s 12ra і SYMBOL 114 \ f "Symbol" \ s 12rб визначаються при температурі дистиляту tд = t2SYMBOL 187 \ f "Symbol" \ s 12 »68,8 (по діаграмі Т (х, у) ):
SYMBOL 114 \ f "Symbol" \ s 12ra SYMBOL 187 \ f "Symbol" \ s 12 »719 кг/м3
SYMBOL 114 \ f "Symbol" \ s 12rб SYMBOL 187 \ f "Symbol" \ s 12 »805 кг/м3
б) Розрахунок щільності пара:
pSYMBOL 117 \ f "Symbol" \ s 12u = RT2
в) Розрахунок рекомендованої швидкості пари:
Розрахунок габаритів низу колони.
Рекомендована швидкість пара розраховується при температурі t0SYMBOL 187 \ f "Symbol" \ s 12 »77 ° C (діаграма T (x, y))
а) Розрахунок щільності рідини:
SYMBOL 114 \ f "Symbol" \ s 12raSYMBOL 187 \ f "Symbol" \ s 12 »724кг/м3
SYMBOL 114 \ f "Symbol" \ s 12rбSYMBOL 187 \ f "Symbol" \ s 12 »818кг/м3
б) Розрахунок щільності пара:
Рекомендована швидкість пара:
в) Розрахунок
Розрахунок rкуб проводиться за принципом адитивності:
rкуб = raSYMBOL 215 \ f "Symbol" \ s 12Чa0 + rбSYMBOL 215 \ f "Symbol" \ s 12ч (1-a0)
rкуб = 500 * 0,025 +396 SYMBOL 215 \ f "Symbol" \ s 12ч (1-0,025) SYMBOL 187 \ f "Symbol" \ s 12 »398,6 кДж / кг
Розрахунок Qкіп.
Qкіп = W0SYMBOL 215 \ f "Symbol" \ s 12Чc0SYMBOL 215 \ f "Symbol" \ s 12Чt0-W1SYMBOL 215 \ f "Symbol" \ s 12Чc1SYMBOL 215 \ f "Symbol" \ s 12Чt1 + П (RSYMBOL 215 \ f "Symbol "\ s 12Чrд + Iп)
За діаграмою Т (x, y) визначаємо:
- По х1t1 = 63,8 ° C - по х2t2 = 56,7 ° C - по х0t0 = 77 ° C
Обчислюємо теплоємності суміші при різних температурах:
з0 = сaSYMBOL 215 \ f "Symbol" \ s 12Чa0 + сб (1-a0) = 0,58 * 4, 19 * 0,025 +4, 19 * 0,45 * (1-0,025) = 1,47 кДж / КГК
з1 = сaSYMBOL 215 \ f "Symbol" \ s 12Чa1 + сб (1-a1) = 0,555 · 4, 19 * 0,15 +0,444 * 4, 19 * 0,85 = 1,93 кДж / кгSYMBOL 215 \ f " Symbol "\ s 12ЧК
с2 = сaSYMBOL 215 \ f "Symbol" \ s 12Чa2 + сб (1-a2) =
0,546 · 4, 19 * 0,925 +0,43 * 4, 19 * 0,075 = 2,25 кДж / кгSYMBOL 215 \ f "Symbol" \ s 12ЧК
Значення Сa і сб взяті з номограми
При температурі t2 = 56,7 ° C питома теплота пароутворення дистиляту:
rд = raa2 + rб (1-a2) = 522,4 · 0,925 +410,7 · (1-0,925) = 595,5 кДж / кг
Ентальпія пари:
Iп = c2 · t2 + rд = 2,25 · 56,7 +595,5 SYMBOL 187 \ f "Symbol" \ s 12 »654,5 кДж / кг
Qкіп = 1,9 · 1,47 · 77-2,22 · 1,93 · 63,8 +0,3 (2,45 · 595,5 +654,5) = 575,7 кВт
Тепер можна розрахувати діаметр колони:
Розрахунок висоти.
H = h (Nобщ-1) + Zв + Zн = 0,5 (64-1) +2 +1 = 34,5 м
Габарити колони.
Н = 34,5 м
Розрахунок гідравлічного опору тарілковий частини колони.
Загальне гідравлічний опір тарілки:
ΔР = ΔРс + ΔРσ + ΔРж, Па.
- Розрахунок втрати напору пара на подолання місцевих опорів на сухий (незрошуваних) тарілці
ΔРс = ξ
Коефіцієнт опору для клапанної тарілки ξ = 3,6 за [5, стор.25]
Швидкість пари в отворі тарілки:
ΔРс = 3,6 *
- Розрахунок опору, що викликається силами поверхневого натягу.
ΔРσ =
dе = d0 = 40 мм - еквівалентний діаметр отвору тарілки.
При
σА = 15,9 * 10-3 Н / м [1, стр.501, табл. XXII]
σб = 22,1 * 10-3 Н / м
σср =
ΔРσ =
- Розрахунок статистичного опору шару рідини на тарілці.
ΔРж = КА * hж * ρж * g, Па
Відносна щільність парорідинних суміші КА = 0,5-0,7
Середня щільність рідини
ρж =
висота шару рідини на тарілці
hж = hw + how
висота перегородки hw = 0,03-0,05 м
Підпору рідини на зливний перегородці:
how =
Периметр зливу П '= 1,12 м
Об'ємна витрата рідини
how =
hж = 0,04 +0,02 = 0,06 м
ΔРж = 0,5 * 0,06 * 770 * 9,81 = 226,6 Па
І так ΔР = 514 +1,9 +226,6 = 642,5 Па
Перевіримо, чи дотримується при відстані між тарілками 0,5 м необхідні для нормальної роботи тарілок умова:
h> 1,8 *
0,4> 1,8 *
0,4> 0,17 => умови виконуються
Повний опір тарельчатой колони визначається числом тарілок
nΣ = 64 в колоні.
ΔРполное = ΔР * nΣ = 642,5 * 64 = 31120 Па.
Розрахунок діаметрів штуцерів.
1) Штуцер для введення вихідної суміші.
d =
вихідні дані:
t1 = 63,8 єC
ρA = 640,1 кг / м3
ρВ = 829,2 кг / м3
ω1 = 0,9 м / с
ρ1 = Х1 * ρА + (1-Х1) * ρВ = 0,23 * 640,1 + (1-0,23) * 829,2 = 785,7 кг / м3
d =
Приймаю
Dу = 50мм, dн = 55мм, S = 3,5 мм, Н = 120мм
2) Штуцер для пари з колони.
d =
Вихідні дані:
d =
Приймаю
Dу = 350 мм, dн = 358 мм, S = 4 мм, Н = 235 мм
3) Штуцер для введення флегми.
d =
Вихідні дані:
d =
Приймаю
Dу = 50 мм, dн = 55 мм, S = 3,5 мм, Н = 120 мм
4) Штуцер для виведення кубового залишку.
d =
Вихідні дані:
d =
Приймаю
Dу = 50 мм, dн = 55 мм, S = 3,5 мм, Н = 120 мм
5) Штуцер для введення парорідинних суміші.
d =
f = 0,25 * fтр
fтр = 0,176 м2
d =
Приймаю
Dу = 250 мм, dн = 260 мм, S = 5 мм, Н = 175 мм
6) Штуцер для виведення рідини.
d =
Вихідні дані:
d =
Приймаю
Dу = 50 мм, dн = 55 мм, S = 3,5 мм, Н = 120 мм
Тепловий баланс ректифікаційної установки
1) Витрата тепла в кип'ятильнику:
(Розрахований вище)
2) Витрата гріючої пари в кип'ятильнику:
За (3, стр.525, табл. LVII) через тиск пари, що гріє P = 0,4 MПа = 4 ат знаходимо питому ентальпію пара:
3) Витрати тепла дефлегматора:
Qg = Dм * rдіс
Qg = 1,3 * 595,5 = 774 кВт
4) Витрата охолоджуючої води в дефлегматори при нагріванні її на 20єC:
В інтервалі температур 9-20 єC вода має теплоємність Cв = 4, 19
5) Витрата тепла в подогревателе:
Qn = ω1 * C1 * t1 = 2,22 * 1,93 * 63,8 = 273,4
6) Витрата гріючої пари в подогревателе:
7) Загальний витрата пари, що гріє:
8) Витрати тепла холодильника:
- Дистиляту:
- Кубового залишку:
9) Витрата охолоджуючої води при нагріванні її на 20 єC в холодильнику:
- Дістіллат:
- Кубового залишку:
10) Загальний витрата охолоджуючої води:
Розрахунок кубового кип'ятильника
1) Витрата тепла в кип'ятильнику:
Qкіп = 575,7 кВт
2) Витрата гр. Пара в кип'ятильнику:
3) Підготовка до розрахунку коефіцієнта теплопередачі:
ref SHAPE \ * MERGEFORMAT
У трубах суміш, в межтрубном просторі - теплоносій (конденсований пар)
Рушійна сила процесу:
SYMBOL 68 \ f "Symbol" \ s 12Dt = Tt = 45,8 SYMBOL 176 \ f "Symbol" \ s 12 ° С
Коефіцієнт теплопередачі від конденсирующегося пара до рідини:
А) Для водяної пари:
з = 0,943 - для вертикальних теплообмінників
А0 = 12,92 · 103 [7, c.149]
kор = 600 Вт/м2 · К.
Вибираємо теплообмінник по каталогу:
Одноходовий теплообмінник типу ТН і ТЛ:
F = 21 м2
l = 1500 мм-довжина труби
dнSYMBOL 180 \ f "Symbol" \ s 12ґs = 38SYMBOL 180 \ f "Symbol" \ s 12ґ2 [мм]
nтруб = 121
fтр = 0,11 м2-трубне простір
Б) Характеристика стінки:
Вибір матеріалу з якого виготовляти трубки:
СтальSYMBOL 108 \ f "Symbol" \ s 12l = 46,5 [3, c.529, табл. XXVIII]
За каталогом [4, с.414] вибираємо товщину стінки:
SYMBOL 100 \ f "Symbol" \ s 12d = 2мм
В) Для киплячого бензолу:
В0 = 40 · р0, 3 · SYMBOL 106 \ f "Symbol" \ s 12j3 [7]
(Коефіцієнт, що включає різні теплофізичні константи)
Бензол: Вода:
SYMBOL 114 \ f "Symbol" \ s 12r = 815 кг/м3SYMBOL 114 \ f "Symbol" \ s 12r = 972 кг/м3 [3, c.512, табл. IV]
SYMBOL 109 \ f "Symbol" \ s 12m = 0,316 · 10-3 Па · сSYMBOL 109 \ f "Symbol" \ s 12m = 0,357 10-3 Па · с [3, c.516, табл. IX]
М = 78 г / мольМ = 18 г / моль [3, c.541, табл. XLIV]
p = рверха + SYMBOL 68 \ f "Symbol" \ s 12Dрполн = 1,3 бар
В0 = 40.1, 30,3 · 0,4653 = 4,8
4) Розрахунок коефіцієнта теплопередачі:
kрасч = 1902 Вт/м2 · К.
5) Розрахунок поверхні теплообміну:
Одноходовий теплообмінник типу ТН і ТЛ:
F = 7 м2
H = 1500 мм-висота труби
dнSYMBOL 180 \ f "Symbol" \ s 12ґs = 25SYMBOL 180 \ f "Symbol" \ s 12ґ2 [мм]
nтруб = 61
fтр = 0,021 м2-трубне простір
Dнар = 325 мм
Розрахунок дефлегматора
1) Витрата тепла:
Qд = 774 кВт
2) Витрата охолоджуючої води:
Gвдеф = 9,23 кг / с
3) Розрахунок рушійної сили теплообмінного процесу:
ref SHAPE \ * MERGEFORMAT
4) Розрахунок термічного опору:
Матеріал трубок:
СтальSYMBOL 108 \ f "Symbol" \ s 12l = 46,5 [3, c.529, табл. XXVIII]
товщина стінки:
SYMBOL 100 \ f "Symbol" \ s 12d = 2мм (dSYMBOL 180 \ f "Symbol" \ s 12ґS: 25SYMBOL 180 \ f "Symbol" \ s 12ґ2)
5) Попередній вибір теплообмінного пристрою:
Задаємося орієнтовним коефіцієнтом теплопередачі кор = 500 Вт / (м2 · К) (при вимушеному русі, при передачі тепла від конденсирующегося пара до води, межі завдання орієнтовних значень к = 300SYMBOL 184 \ f "Symbol" \ s 12е800)
[3, c.172, табл.4.8]
Орієнтовна поверхню теплообміну:
Для відтоку теплообмінника найближчою є F = 71м2.
l = 5000 мм-довжина труби
dнSYMBOL 180 \ f "Symbol" \ s 12ґs = 38SYMBOL 180 \ f "Symbol" \ s 12ґ2 [мм]
nтруб = 121
fтр = 0,11 м2-трубне простір
Розрахунок швидкості води:
Оцінка режиму течії:
SYMBOL 110 \ f "Symbol" \ s 12nводи = 0,66 м2 / с
6) Розрахунок SYMBOL 97 \ f "Symbol" \ s 12aSYMBOL 50 \ f "Symbol" \ s 122:
Розрахунок значення критерію Нуссельта за формулою:
SYMBOL 101 \ f "Symbol" \ s 12el = 1 (т. к. l / d> 50)
7) Розрахунок інтенсивності теплообміну:
c = 0,72 - для горизонтальних труб
8) Розрахунок коефіцієнта теплопередачі:
kop = 500 Вт / (м2 · К)
k = 397,9 Вт / (м2 · К)
9) Вибір теплообмінника по каталогу [4, c.417]:
Одноходовий теплообмінний апарат типу ТН або ТЛ:
F = 97 м2
fтр = 0,176 м2
nтруб = 511
Підігрівач вихідної суміші
ref SHAPE \ * MERGEFORMAT
де
F = 28 м2
l = 2000 мм-висота труби
dнSYMBOL 180 \ f "Symbol" \ s 12ґs = 38SYMBOL 180 \ f "Symbol" \ s 12ґ2 [мм]
fтр = 0,11 м2-трубне простір
Dнар = 600 мм
Водяний холодильник дистиляту
ref SHAPE \ * MERGEFORMAT
де
F = 9 м2
l = 1000 мм-висота труби
dнSYMBOL 180 \ f "Symbol" \ s 12ґs = 25SYMBOL 180 \ f "Symbol" \ s 12ґ2 [мм]
fтр = 0,0042 м2-трубне простір
Dнар = 400 мм
Водяний холодильник кубового залишку.
ref SHAPE \ * MERGEFORMAT
де
За каталогом [4, c.413] вибираємо одноходової теплообмінник з наступними характеристиками:
F = 19 м2
l = 4000 мм-висота труби
dнSYMBOL 180 \ f "Symbol" \ s 12ґs = 25SYMBOL 180 \ f "Symbol" \ s 12ґ2 [мм]
fтр = 0,0021 м2-трубне простір
Dнар = 325 мм
Підбір і розрахунок конденсатовідвідників.
При тиску на вході не менше 0,1 МПа і протитиску не більше 50% тиску на вході стійко працюють термодинамічні конденсатовідвідники. Вони застосовуються для відводу переохолодженого конденсату.
Розрахункова кількість конденсату після теплоспоживаючого апарату:
Тиск пари, що гріє перед конденсатовідвідників:
P1 = 0,95 * Pгр = 0,95 * 4 = 3,8 ат
Тиск після конденсатовідвідник при вільному зливі конденсату:
Р2 = 0,1 ат.
Умовна пропускна способів:
КVу =
ΔР = Р2 - Р1 - перепад тиску на конденсатовідвідники, ат.
А - коефіцієнт, що враховує температуру конденсату і перепад тисків на конденсатовідвідник (визначається за графіком).
Підбираємо конденсатовідвідник для кип'ятильника:
Dу = 50 мм, L = 200 мм; L1 = 24 мм; Hмакс = 103 мм; H1 = 60 мм; D0 = 115 мм
Підбираємо конденсатовідвідник для обігрівача:
Dу = 20 мм, L = 100 мм; L1 = 16 мм; Hмакс = 63 мм; H1 = 22,5 мм; D0 = 67 мм
У даному проекті використовують термодинамічні конденсатовідвідники 45Ч12ІЖ для автоматичного відведення з паропріемніка конденсату водяної пари робочої температури до 200 єC.
Для прийому вихідної суміші (Е1), кубового залишку (Е2) і дістіллат (Е3) повинні бути передбачені резервуари. Розміри останніх розраховуються, виходячи з умов забезпечення безперервності роботи установки протягом 6 годин (τ) і заповнення їх на 0,8 ємності (К3).
Розрахунок резервуару для зберігання вихідної суміші.
Вихідні дані: a1 = 0,15 мас дол.
W1 = 2,22 кг / с;
τ = 6ч = 21600 с; ρА = 791,0 кг/м3
К3 = 0,8; ρВ = 879,0 кг/м3 при 20 єC
Підбираю ємність ГЕЕ1-1-100-0, 6.
Dвн = 3200 мм L (H) = 16700 мм
Розрахунок резервуару для зберігання дістіллат.
Вихідні дані: d2 = 0,925 мас дол.
П = 0,55 кг / с;
τ = 21600 с; ρА = 791,0 кг/м3
К3 = 0,8; ρВ = 879,0 кг/м3 при 20 єC
Підбираю ємність ГЕЕ1-2-125-0, 6.
Dвн = 2400 мм L (H) = 4500 мм
Розрахунок резервуару для зберігання кубового залишку.
Вихідні дані: a0 = 0,025 мас дол.
W0 = 1,9 кг / с;
τ = 21600 с; ρА = 791,0 кг/м3
К3 = 0,8; ρВ = 879,0 кг/м3 при 20 єC
Підбираю ємність ГЕЕ1-1-100-0, 6.
Dвн = 3200 мм L (H) = 16700 мм
Розрахунок товщини теплової ізоляції ректифікаційної установки.
Розрахунок товщини теплової ізоляції проводиться за формулою:
αВ = 9,3 +0,058 *
λu - коефіцієнт теплопровідності ізоляційного матеріалу в якості матеріалу для теплової ізоляції вибираю совеліт (85% магнезії і 15% азбесту). За (1, стр.504, табл. XXVIII) для совеліта λu = 0,09
αВ = 9,3 +0,058 * 40 = 11,6
Приймаю товщину теплової ізоляції 0,23 м і для інших апаратів.
2) Захаров М.К., Солопенко К.Н., Варфоломєєв Б.Г. Методичні вказівки до курсового проектування ректифікаційних установок безперервної дії, М.: Полінор-М, 1995.
3) Павлов К.Ф., Романків П.Г., Носков А.А. Приклади і задачі за курсом процесів і апаратів хімічної технології, Л.: Хімія, 1987.
4) Лащинський А.А., Толчинський А.Р. Основи конструювання і розрахунку хімічної апаратури: Додаток до довідника, М.: Машинобудування, 1970.
5) Колонні апарати: Каталог, М.: Цінтіхімнефтемаш, 1978.
6) Лащинський А.А., Толчинський А.Р. Основи конструювання і розрахунку хімічної апаратури: Довідник, М.: Машинобудування, 1970.
Мясоедінков В.М. / Под ред. Б.Г. Варфоломєєва Підбір і розрахунок конденсатовідвідників, М.: МІТХТ, 1989.
Борисов Г.С., Бриків В.П., Дитнерскій Ю.І. та ін Основні процеси та апарати хімічної технології: Посібник з проектування, М.: Хімія, 1991.
Зварне ємнісне обладнання. Каталог ЦІНТІХІМНЕФТЕМАН, "Москва", 1987 р.
1) Витрата тепла в кип'ятильнику:
Qкіп = 575,7 кВт
2) Витрата гр. Пара в кип'ятильнику:
3) Підготовка до розрахунку коефіцієнта теплопередачі:
ref SHAPE \ * MERGEFORMAT
t |
, |
° |
C |
t |
, |
° |
C |
t |
0 |
= |
77 |
° |
C |
T |
конд |
= 122,8 |
° |
C |
У трубах суміш, в межтрубном просторі - теплоносій (конденсований пар)
Рушійна сила процесу:
SYMBOL 68 \ f "Symbol" \ s 12Dt = Tt = 45,8 SYMBOL 176 \ f "Symbol" \ s 12 ° С
Коефіцієнт теплопередачі від конденсирующегося пара до рідини:
А) Для водяної пари:
з = 0,943 - для вертикальних теплообмінників
А0 = 12,92 · 103 [7, c.149]
kор = 600 Вт/м2 · К.
Вибираємо теплообмінник по каталогу:
Одноходовий теплообмінник типу ТН і ТЛ:
F = 21 м2
l = 1500 мм-довжина труби
dнSYMBOL 180 \ f "Symbol" \ s 12ґs = 38SYMBOL 180 \ f "Symbol" \ s 12ґ2 [мм]
nтруб = 121
fтр = 0,11 м2-трубне простір
Б) Характеристика стінки:
Вибір матеріалу з якого виготовляти трубки:
СтальSYMBOL 108 \ f "Symbol" \ s 12l = 46,5 [3, c.529, табл. XXVIII]
За каталогом [4, с.414] вибираємо товщину стінки:
SYMBOL 100 \ f "Symbol" \ s 12d = 2мм
В) Для киплячого бензолу:
В0 = 40 · р0, 3 · SYMBOL 106 \ f "Symbol" \ s 12j3 [7]
(Коефіцієнт, що включає різні теплофізичні константи)
Бензол: Вода:
SYMBOL 114 \ f "Symbol" \ s 12r = 815 кг/м3SYMBOL 114 \ f "Symbol" \ s 12r = 972 кг/м3 [3, c.512, табл. IV]
SYMBOL 109 \ f "Symbol" \ s 12m = 0,316 · 10-3 Па · сSYMBOL 109 \ f "Symbol" \ s 12m = 0,357 10-3 Па · с [3, c.516, табл. IX]
М = 78 г / мольМ = 18 г / моль [3, c.541, табл. XLIV]
p = рверха + SYMBOL 68 \ f "Symbol" \ s 12Dрполн = 1,3 бар
В0 = 40.1, 30,3 · 0,4653 = 4,8
4) Розрахунок коефіцієнта теплопередачі:
kрасч = 1902 Вт/м2 · К.
5) Розрахунок поверхні теплообміну:
Одноходовий теплообмінник типу ТН і ТЛ:
F = 7 м2
H = 1500 мм-висота труби
dнSYMBOL 180 \ f "Symbol" \ s 12ґs = 25SYMBOL 180 \ f "Symbol" \ s 12ґ2 [мм]
nтруб = 61
fтр = 0,021 м2-трубне простір
Dнар = 325 мм
Розрахунок дефлегматора
1) Витрата тепла:
Qд = 774 кВт
2) Витрата охолоджуючої води:
Gвдеф = 9,23 кг / с
3) Розрахунок рушійної сили теплообмінного процесу:
ref SHAPE \ * MERGEFORMAT
t |
в |
''= 45 |
° |
C |
t |
в |
'= 2 |
0 |
° |
C |
t |
2 |
= 56,7 |
° |
C |
4) Розрахунок термічного опору:
Матеріал трубок:
СтальSYMBOL 108 \ f "Symbol" \ s 12l = 46,5 [3, c.529, табл. XXVIII]
товщина стінки:
SYMBOL 100 \ f "Symbol" \ s 12d = 2мм (dSYMBOL 180 \ f "Symbol" \ s 12ґS: 25SYMBOL 180 \ f "Symbol" \ s 12ґ2)
5) Попередній вибір теплообмінного пристрою:
Задаємося орієнтовним коефіцієнтом теплопередачі кор = 500 Вт / (м2 · К) (при вимушеному русі, при передачі тепла від конденсирующегося пара до води, межі завдання орієнтовних значень к = 300SYMBOL 184 \ f "Symbol" \ s 12е800)
[3, c.172, табл.4.8]
Орієнтовна поверхню теплообміну:
Для відтоку теплообмінника найближчою є F = 71м2.
l = 5000 мм-довжина труби
dнSYMBOL 180 \ f "Symbol" \ s 12ґs = 38SYMBOL 180 \ f "Symbol" \ s 12ґ2 [мм]
nтруб = 121
fтр = 0,11 м2-трубне простір
Розрахунок швидкості води:
Оцінка режиму течії:
SYMBOL 110 \ f "Symbol" \ s 12nводи = 0,66 м2 / с
6) Розрахунок SYMBOL 97 \ f "Symbol" \ s 12aSYMBOL 50 \ f "Symbol" \ s 122:
Розрахунок значення критерію Нуссельта за формулою:
SYMBOL 101 \ f "Symbol" \ s 12el = 1 (т. к. l / d> 50)
7) Розрахунок інтенсивності теплообміну:
c = 0,72 - для горизонтальних труб
8) Розрахунок коефіцієнта теплопередачі:
kop = 500 Вт / (м2 · К)
k = 397,9 Вт / (м2 · К)
9) Вибір теплообмінника по каталогу [4, c.417]:
Одноходовий теплообмінний апарат типу ТН або ТЛ:
F = 97 м2
fтр = 0,176 м2
nтруб = 511
Підігрівач вихідної суміші
ref SHAPE \ * MERGEFORMAT
Т |
конд |
= |
122,8 |
° |
C |
120 |
° |
C |
20 |
° |
C |
де
F = 28 м2
l = 2000 мм-висота труби
dнSYMBOL 180 \ f "Symbol" \ s 12ґs = 38SYMBOL 180 \ f "Symbol" \ s 12ґ2 [мм]
fтр = 0,11 м2-трубне простір
Dнар = 600 мм
Водяний холодильник дистиляту
ref SHAPE \ * MERGEFORMAT
56,7 |
° |
C |
40 |
° |
C |
20 |
° |
C |
30 |
° |
C |
де
F = 9 м2
l = 1000 мм-висота труби
dнSYMBOL 180 \ f "Symbol" \ s 12ґs = 25SYMBOL 180 \ f "Symbol" \ s 12ґ2 [мм]
fтр = 0,0042 м2-трубне простір
Dнар = 400 мм
Водяний холодильник кубового залишку.
ref SHAPE \ * MERGEFORMAT
77 |
, 5 |
° |
C |
40 |
° |
C |
20 |
° |
C |
30 |
° |
C |
де
За каталогом [4, c.413] вибираємо одноходової теплообмінник з наступними характеристиками:
F = 19 м2
l = 4000 мм-висота труби
dнSYMBOL 180 \ f "Symbol" \ s 12ґs = 25SYMBOL 180 \ f "Symbol" \ s 12ґ2 [мм]
fтр = 0,0021 м2-трубне простір
Dнар = 325 мм
Підбір і розрахунок конденсатовідвідників.
При тиску на вході не менше 0,1 МПа і протитиску не більше 50% тиску на вході стійко працюють термодинамічні конденсатовідвідники. Вони застосовуються для відводу переохолодженого конденсату.
Розрахункова кількість конденсату після теплоспоживаючого апарату:
Тиск пари, що гріє перед конденсатовідвідників:
P1 = 0,95 * Pгр = 0,95 * 4 = 3,8 ат
Тиск після конденсатовідвідник при вільному зливі конденсату:
Р2 = 0,1 ат.
Умовна пропускна способів:
КVу =
ΔР = Р2 - Р1 - перепад тиску на конденсатовідвідники, ат.
А - коефіцієнт, що враховує температуру конденсату і перепад тисків на конденсатовідвідник (визначається за графіком).
Підбираємо конденсатовідвідник для кип'ятильника:
Dу = 50 мм, L = 200 мм; L1 = 24 мм; Hмакс = 103 мм; H1 = 60 мм; D0 = 115 мм
Підбираємо конденсатовідвідник для обігрівача:
Dу = 20 мм, L = 100 мм; L1 = 16 мм; Hмакс = 63 мм; H1 = 22,5 мм; D0 = 67 мм
У даному проекті використовують термодинамічні конденсатовідвідники 45Ч12ІЖ для автоматичного відведення з паропріемніка конденсату водяної пари робочої температури до 200 єC.
Розрахунок і вибір допоміжного обладнання
Розрахунок ємностей.Для прийому вихідної суміші (Е1), кубового залишку (Е2) і дістіллат (Е3) повинні бути передбачені резервуари. Розміри останніх розраховуються, виходячи з умов забезпечення безперервності роботи установки протягом 6 годин (τ) і заповнення їх на 0,8 ємності (К3).
Розрахунок резервуару для зберігання вихідної суміші.
Вихідні дані: a1 = 0,15 мас дол.
W1 = 2,22 кг / с;
τ = 6ч = 21600 с; ρА = 791,0 кг/м3
К3 = 0,8; ρВ = 879,0 кг/м3 при 20 єC
Підбираю ємність ГЕЕ1-1-100-0, 6.
Dвн = 3200 мм L (H) = 16700 мм
Розрахунок резервуару для зберігання дістіллат.
Вихідні дані: d2 = 0,925 мас дол.
П = 0,55 кг / с;
τ = 21600 с; ρА = 791,0 кг/м3
К3 = 0,8; ρВ = 879,0 кг/м3 при 20 єC
Підбираю ємність ГЕЕ1-2-125-0, 6.
Dвн = 2400 мм L (H) = 4500 мм
Розрахунок резервуару для зберігання кубового залишку.
Вихідні дані: a0 = 0,025 мас дол.
W0 = 1,9 кг / с;
τ = 21600 с; ρА = 791,0 кг/м3
К3 = 0,8; ρВ = 879,0 кг/м3 при 20 єC
Підбираю ємність ГЕЕ1-1-100-0, 6.
Dвн = 3200 мм L (H) = 16700 мм
Розрахунок товщини теплової ізоляції ректифікаційної установки.
Розрахунок товщини теплової ізоляції проводиться за формулою:
αВ = 9,3 +0,058 *
λu - коефіцієнт теплопровідності ізоляційного матеріалу в якості матеріалу для теплової ізоляції вибираю совеліт (85% магнезії і 15% азбесту). За (1, стр.504, табл. XXVIII) для совеліта λu = 0,09
αВ = 9,3 +0,058 * 40 = 11,6
Приймаю товщину теплової ізоляції 0,23 м і для інших апаратів.
Список використаної літератури
1) Коган В.Б., Фрідман В.М., Кафаров В.В. Рівновага між рідиною і парою, М.: Наука, 1966.2) Захаров М.К., Солопенко К.Н., Варфоломєєв Б.Г. Методичні вказівки до курсового проектування ректифікаційних установок безперервної дії, М.: Полінор-М, 1995.
3) Павлов К.Ф., Романків П.Г., Носков А.А. Приклади і задачі за курсом процесів і апаратів хімічної технології, Л.: Хімія, 1987.
4) Лащинський А.А., Толчинський А.Р. Основи конструювання і розрахунку хімічної апаратури: Додаток до довідника, М.: Машинобудування, 1970.
5) Колонні апарати: Каталог, М.: Цінтіхімнефтемаш, 1978.
6) Лащинський А.А., Толчинський А.Р. Основи конструювання і розрахунку хімічної апаратури: Довідник, М.: Машинобудування, 1970.
Мясоедінков В.М. / Под ред. Б.Г. Варфоломєєва Підбір і розрахунок конденсатовідвідників, М.: МІТХТ, 1989.
Борисов Г.С., Бриків В.П., Дитнерскій Ю.І. та ін Основні процеси та апарати хімічної технології: Посібник з проектування, М.: Хімія, 1991.
Зварне ємнісне обладнання. Каталог ЦІНТІХІМНЕФТЕМАН, "Москва", 1987 р.