Розрахунок і проектування каніфолеварочной колони

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Установа ОСВІТИ

"Білоруска ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ"

КАФЕДРА ХІМІЧНОЇ ПЕРЕРОБКИ ДЕРЕВИНИ

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

До КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

З дисципліни: «Обладнання лісохімічний виробництв»

Расчт і проектування каніфолеварочной колони

Розробила: Сергєєва О.В.

Перевірив: ст.викл.

Проневич О.М.

МІНСЬК 2004р.

Реферат

Скипидару, каніфолі, терпентин, Флорентіно, КАНІФОЛЕВАРОЧНАЯ КОЛОНА, дефлегматор, ХОЛОДИЛЬНИК-конденсатор, ВИРОБНИЦТВО.

У курсовому проекті розглянуто хімізм процесу, технологічна схема уварювання каніфолі. Зроблено розрахунок каніфолеварочной колони. Курсовий проект розбито на частини, в яких наведена інформація по розділам аналізу процесу.

Зміст

Введення

1.Обоснованіе вибору установки

2. Опис технологічної схеми

3. Розрахунок каніфолеварочной колони і допоміжного обладнання

3.1 Розрахунок каніфолеварочной колони

3.2 Розрахунок допоміжного обладнання

3.2.1 Розрахунок Флорентіни

3.2.2 Розрахунок дефлегматора

3.2.3 Розрахунок холодильника-конденсатора

Висновок

Список використаних джерел

Введення

Однією з найважливіших галузей промисловості є хімічна промисловість. Цій галузі народного господарства належить провідне становище у прискоренні науково-технічного прогресу, підвищення ефективності суспільного виробництва. Продукти хімічної промисловості використовуються практично у всіх галузях народного господарства: у машинобудуванні, будівництві, сільському господарстві - і в побуті. Крім того, продукти хімічної галузі виявляються незамінними і відкривають величезні можливості для розвитку таких перспективних напрямів науки і техніки, як радіотехніка, електроніка, космічна промисловість.

Прискорення розвитку хімічної промисловості в нашій країні потребує наукового вирішення численних і різноманітних проблем, пов'язаних з проектуванням, будівництвом і експлуатацією хімічних заводів. Особлива увага повинна бути приділена розробці нових високоінтенсивних автоматизованих хімічних апаратів і машин.

В даний час лесохимия перетворилася на важливу галузь народного господарства.

Вона має величезні можливості як споживач найширшого асортименту сировини. В якості вихідної сировини для отримання хімічних продуктів можуть бути використані живиця і Баррас, пнев осмол, деревна зелень та інші види природних ресурсів.

Перед лісохімії в умовах ринкової економіки виникають нові завдання: підвищення рентабельності підприємств хімічної галузі; зниження собівартості продукції, розробка та створення новітніх технологій, що дозволяють отримувати цільовий продукт найвищої якості; створення безвідходних виробництв.

Каніфольно-терпентінное підприємства за обсягом в ціннісному відношенні займають провідну роль у лісохімічної промисловості.

У лісохімічної виробництві особливе місце займає уварювання каніфолі. Сутність процесу уварювання каніфолі зводиться до отгонке від неї скипидару. Отгонка скипидару від каніфолі повинна бути повною, так як залишки скипидару різко знижують температуру розм'якшення каніфолі і надають їй липкі властивості. Процес уварювання каніфолі проводять у протиточних апаратах - каніфолеварочних колонах.

Технологічний процес переробки живиці на каніфоль, скипидар і складається з наступних операцій:

1) складування

2) первинна обробка сировини,

3) плавка живиці,

4) освітлення живиці,

5) відстоювання живиці від сміття та води,

6) отгонка скипидару і уварювання каніфолі,

7) розлив каніфолі.

Метою даного курсового проекту є розрахунок і проектування каніфолеварочной колони.

1. Обгрунтування вибору установки

У даному курсовому проекті розглянута каніфолеварочная колона безперервної дії. Безперервний процес характеризується безперервною подачею сировини в колону і безперервного вивантаженням продуктів поділу. При цьому всі стадії процесу (уварювання каніфолі, підігрів сировини та ін) розділені просторово і проводяться одночасно в різних апаратах. Многотанажние виробництва в основному використовують безперервну ректифікацію тому вона, як і всі безперервні процеси, має ряд суттєвих переваг над періодичною.

1.Компактность установки;

2.Можливість використання устаткування великої потужності;

3.Однородность за якістю продукції;

4.Легче здійснюється автоматизація процесу;

5.Труд обслуговуючого персоналу легше, безпечніше, продуктивніше (тому що відсутні простої устаткування між операціями);

6.Уменьшенний витрата тепла, причому можливе використання тепла залишку на підігрів вихідної суміші в теплообміннику.

Вважається, що безперервні процеси - це найвища ступінь розвитку технології.

Однак поряд із суттєвими перевагами безперервні процеси мають ряд недоліків у порівнянні з періодичними. Основними недоліками є підвищена вартість основних виробничих фондів та необхідність використання більш кваліфікованих фахівців.

Таким чином, у виробництвах великого масштабу більш доцільно застосовувати безперервний каніфолеварочний куб, а в невеликих нерівномірно працюючих виробництвах періодичний.

Застосування колпачковой тарілок і сітчатие так же зумовлено специфікою виробництва. Для сітчатие тарілок допустимі навантаження по рідини і пару відносно невеликі і регулювання режиму їх роботи важко. Тиск і швидкість пари, що проходить в отвори сітки, повинні бути достатніми для подолання тиску шару рідини на тарілці і повинні перешкоджати її стіканню через отвори.

Сітчатие тарілки необхідно встановлювати строго горизонтально для забезпечення проходження пари через всі отвори тарілки і щоб уникнути проскакування рідини через них.

При виборі схеми установки виходять, насамперед, з економічної ефективності пропонованих заходів. При цьому так само враховуються технологічні особливості того чи іншого виробництва. Таким чином, все робиться для того що б з найменшими витратами досягти максимальної ефективності. Так при підборі обладнання головними показниками при виборі тієї або іншої установки або того чи іншого допоміжного обладнання є:

а) вартість;

б) простота монтажу;

в) простота експлуатації;

г) фактори, пов'язані з особливістю виробництва.

При визначенні напрямків теплових потоків стараються, як можна повно використовувати тепло. Це дуже актуально при отгонке скипидару, тому що при цьому процесі велика витрата пара, а отже великі економічні витрати на його отримання.

Апарат являє собою вертикальний циліндричний апарат, що складається з окремих царг, скріплених між собою герметично за допомогою фланцевих з'єднань, кришки, тарельчатой ​​частини. У колоні є 9 сітчатие і 6 колпачковой тарілок. На сітчатие тарілках розташовані спіральні теплообмінники. Щоб не було перекидання, найбільша кількість парів утворюється на верхніх тарілках, відстань між тарілками 0.4м. Рівень рідини підтримується за рахунок переливних склянок, розташованих по центру. Нижня частина переливних патрубків занурюється в гідрозатвори, в дні яких є отвори, що необхідно для зливу з них рідини. Особливо це важливо для нижніх тарілок, так як там знаходиться вже практично уварена каніфоль, і вона може закристалізувався і стане неможливим пуск колони після зупинки. Для попередження проскакування парів води готова каніфоль вивантажується через гідравлічний затвор. У куб подається гострий пар. Також в кубі є штуцера для підведення терпентину, відведення парів скипидару і гострої пари, і каніфолі.

У даному проекті обрані сітчатие і колпачковой тарілки. Сітчатие тарілки мають велику кількість отворів діаметром 5 мм, через які проходить газ в шар рідини на тарілці. Рівень рідини підтримується переливним пристроєм. При дуже малій швидкості газу його тиск не може утримати шар рідини, що відповідає висоті переливу, і рідина може просочуватися через отвори тарілки на нижчерозташованими тарілку, що призводить до істотного зниження рушійної сили процесу. Тому газ повинен рухатися з певною швидкістю і мати тиск, достатній, для того щоб подолати тиск шару рідини на тарілці запобігти стікання рідини через отвори тарілки. Таким чином, сітчатие тарілки мають більш вузький діапазон роботи.

До достоїнств сітчатие тарілок відносяться простота їх влаштування, легкість монтажу і ремонту, порівняно низький гідравлічний опір, висока ефективність.

Чергування тарілок зроблено так, щоб терпентин підігрівався по всій висоті колони. Щоб створити однакову швидкість пари в будь-якому перетині колони, її верхня частина розширена зі збільшенням діаметра.

Принципова схема каніфолеварочной колони представлена ​​на першому аркуші графічної частини проекту.

2. Опис технологічної схеми

Терпентин з ємності 1 надходить у підігрівник 2, де він підігрівається до t = 137 ⁰ С. Потім підігрітий терпентин направляється в каніфолеварочную колону 3. Сутність процесу уварювання каніфолі зводиться до отгонке від неї скипидару. Отгонка скипидару від каніфолі повинна бути повною, так як залишки скипидару різко знижують температуру розм'якшення каніфолі, надають їй липкі властивості. Початкова температура кипіння скипидару (α-пинена) 156 ⁰ С. Залишки скипидару відганятимуть при температурі 250-300 ⁰ С.

Але так як терпенові вуглеводні, що містяться в скипидарі, і смоляні кислоти, що входять до складу каніфолі, при підвищених температурах схильні до ізомеризації, що призводить до зниження їх якості, а при температурах понад 230-250 ⁰ С каніфоль розкладається, то ведення отгонки скипидару при високих температурах неприпустимо. Для зниження температури отгонки скипидару від каніфолі цей процес можна вести такий спосіб:

1. при зниженому тиску в системі;

2. в струмі інертного газу (N _2, СО ₂ та інших);

3. з водяною парою.

Але на наших заводах отгонку скипидару ведуть тільки в струмі гострого водяної пари. Гострий пар використовують, так як він забезпечує гарне перемішування, тепло-і масообмін, виникає менша можливість пригорання через просмолені. Незважаючи на простоту цього способу та його економічність, він має суттєвий недолік, оскільки призводить до утворення додаткової кількості стічних вод.

Пари скипидару і води після каніфолеварочной колони надходять в дефлегматор 5, де відділяється важка фракція скипидару. Цей конденсат надходить на додаткове охолодження в холодильник 7, далі направляється у Флорентіно і до збірки скипидару другого сорту. Цей скипидар додають у жівіцемялкі. Товарний скипидар надходить у Флорентіно 10. Так як скипидар може містити емульгованих воду, то його направляють на соляноватний фільтр 11. З нижньої частини колони 3 відводиться каніфоль і прямує в ємність 4.

Товарна каніфоль є аморфним стеклообразном продуктом. Це термодинамічно нестійкий продукт і може переходити в кристалічний стан при виділенні прихованої теплоти кристалізації.

Технологічна схема.

1,4,9,12 - місткості; 2-підігрівач; 3-каніфолеварочная колона; 5-холодильник-дефлегматор; 6,7-холодильники; 8,10-Флорентіна; 11-фільтр;

Рис.2.1.

3. Розрахунок каніфолеварочной колони і допоміжного обладнання

3.1 Розрахунок каніфолеварочной колони

Отгонку скипидару від терпентину і уварювання каніфолі проводять у каніфолеварочних колонах безперервним методом. Каніфолеварочная колона забезпечена колпачковой, сітчатие тарілками. Відстань між тарілками 400 мм. На сітчатие тарілках розташовані змійовики, до яких подається глухий пар для підтримки необхідної температури по висоті колони. У нижню частину колони подається гострий пар в перегрітому стані p = 0.8 - 1.2 МПа. При сталому режимі на кожній тарілці колони утворюється шар терпентину висотою 200 - 300 мм, який покриває повністю теплообмінні труби. Перетікаючи через переточні труби, живиця рухається вниз, гострий пар піднімається вгору, нагріваючи шар рідини до температури кипіння азеотропа скипидар - вода і тягнучи його за собою в паровій фазі.

Велика частина скипидару випаровується у верхніх тарілках, тому верхня частина колони має більший перетин, чим основна колона.

Розгонку скипидару ведуть в струмі водяної пари, що дозволяє значно зменшити температуру відгону.

У терпентин, який подається на колону, міститься 880 кг скипидару (або L = 880/136 = 6.47 кмоль / год) та 1320 кг каніфолі (L = 1320/302 = 4.37 кмоль / год). У нижньому продукті міститься 4.37 кмоль каніфолі і 2.8 кг (0.02 кмоль) скипидару.

Будуємо рівноважну лінію процесу десорбції при 137 ⁰ С для верху колони, при 156 ⁰ С-для середньої частини і при 173 - для нижньої частини. Робоча лінія має вигляд прямої Y _{к-Y н} = (L / G) ∙ (X _н - X _к), тангенс кута нахилу якої дорівнює L / G = 4.37 / 15.5 = 0.28.

При залишковому змісті скипидару в каніфолі 0.2% мас., Координати першої точки робочої лінії будуть наступними.

Вміст летких в рідкій фазі:

(3.2.)

Оскільки в гострому парі, що подається в нижню частину колони, немає летючих, вміст летючих в паровій фазі для цієї точки:

Y _н = 0. (3.3.)

Координати другий точок робочої лінії визначаємо з таких величин. При переробці терпентину 40% - ним вмістом скипидару зміст летючих в рідкій фазі складе:

(3.4.)

Вміст летких в паровій фазі Y ₂ буде визначаться величиною питомої витрати гострого пари, яка у каніфолевареніі прийнято оцінювати за співвідношенням H ₂ O: скипидар в дистиляті з парів, що відходять із каніфолеварочной колони:

(3.5.)

У нашому випадку дане співвідношення 1:1. Ефективність тарілок каніфолеварочной колони опредляет витратою глухого пари, що подається в змійовики і витратою гострої пари. Будуємо рівноважну лінію процесу десорбції при 137 ⁰ С для верху колони, при 156 ⁰ С-для середньої частини і при 173 - для нижньої частини. Робоча лінія має вигляд прямої Y _{к-Y н} = (L / G) ∙ (X _н - X _к), тангенс кута нахилу якої дорівнює

tgα = (L / G) = 0.1169 / 0.593 = 0.197

Варка каніфолі розглядається як процес десорбції розподілюваного компонента (скипидару) з розчину в нелетучей розчиннику (каніфоль) інертним газоносителя (водяна пара). При такому підході молярний потоки каніфолі і водяної пари постійні по висоті колони. Координати лінії фазової рівноваги у відносних мольних частках наведені в таблиці 3.1. (Дослідні дані Є. Барро).

Таблиця 3.1.

За графіком (рис. 3.1.) Визначаємо число теоретіескіх ступенів (тарілок) у колоні: n = 12

Графічне визначення числа щаблів каніфолеварочной колони.

При 137 ⁰ С

При 156 ^про З

При 173 ⁰ С

Рис.3.1.

Ефективність тарілок каніфолеварочних колон визначається витратою глухого пари, що подається в змійовики, і витратою гострої пари. К.к.д. тарілки близький до 1. Приймемо, що число дійсних тарілок

n _д = 12/0.8 = 15 (3.6.)

Максимальна витрата парової фази у верхній частині колони дорівнює:

V _н = V _п.ск. + V _в (3.7.)

V _н = (880-2.8) / (3600.4 .04) + 279 / (3600.0 .48) = 0.222 м ³ / с

При 137 ⁰ С щільність парів скипидару ρ _ск = (136/22.4) ∙ (273 / 410) = 4.04 кг / м ^3; щільність водяної пари ρ _в = 0.48 кг / м ^3.

Приймемо швидкість пари в колоні 0.6 м / с, тоді діаметр колони:

D = √ V _н / (0.785 ∙ ω) (3.8.)

D = √ 0.222 / (0.785 ∙ 0.6) = 0. 7м

Стандартний діаметр колони 0.8м.

Приймемо відстань між тарілками 400мм, висоту кубовою частини H _з = 1м, висоту сепараційної частини H _к = 2.3м.

Тоді загальна висота колони:

H = (15-1) · 0.4 +1 +2.3 = 8.9м (3.9.)

Питома теплота скипидару r _ск = 335 кДж / кг, теплота конденсації водяної пари при Р = 0.1 МПа r _гр = 2024 кДж / кг, витрата глухого гріючої пари, що подається в змійовики колон визначають за формулою:

D _гр = 1.1 · Q _ісп / r _гр, (3.10)

де 1.1-коефіцієнт, що враховує теплпотері, Q _в - теплова потужність, що передається змійовиком на випаровування скипидару, кВт; r _{гр-теплота} конденсації водяної пари, кДж / кг.

Q _ісп = G _ск · r _гр, (3.11.)

Q _ісп = 597.2 · 335/3600 = 55.57 кВт

Плоша певерхності теплообміну змійовиків можна орієнтовно розрахувати виходячи з кількості скипидару, відганяє на кожній тарілці. Проведемо розрахунок для першої тарілки зверху.

Маса скипидару, испаряемого на верхній тарілці.

G ₁ = L · ​​(X _н - X ₁₎ (3.12.)

G ₁ = 4.37 · (0.597 - 0.24) · 136 = 212.17 кг / год

Теплова потужність, що передається змійовиком на випаровування скипидару.

Q ₁ = G ₁ · r _ск (3.13.)

Q ₁ = 212.17 · 335/3600 = 19.74 кВт

Витрата глухого пари в змійовику перший тарілки буде дорівнює:

D ₁ = 1.1 · Q ₁ / r _гр (3.14.)

D ₁ = 1.1 · 19.74/2024 = 0,0107 кг / с = 38.75 кг / год

Коефіцієнт теплопередачі глухого пара терепентіна приймемо

400 Вт / м ² · ⁰ С.

Обчислимо площу поверхні теплообміну перший тарілки:

F ₁ = Q ₁ / k · (t _{н-t в)} (3.15)

F ₁ = 19.74/0.4 · (173-140) = 1.495 м ²

Проведемо розрахунок для другої тарілки зверху.

Маса скипидару, испаряемого на тарілці.

G ₂ = 4.37 · (0.24 - 0.142) · 136 = 58.24 кг / год

Теплова потужність, що передається змійовиком на випаровування скипидару.

Q ₂ = 58.24 · 335/3600 = 5.42 кВт

Витрата глухого пари в змійовику другий тарілки буде дорівнює:

D ₂ = 1.1 · 5.42/2024 = 0.00295 кг / с = 10.64 кг / год

Обчислимо площу поверхні теплообміну другий тарілки:

F ₂ = 5.42/0.4 · (173-143) = 0.452 м ²

Проведемо розрахунок для третьої тарілки зверху.

Маса скипидару, испаряемого на тарілці.

G ₃ = 4.37 · (0.142 - 0.06) · 136 = 48.73 кг / год

Теплова потужність, що передається змійовиком на випаровування скипидару.

Q ₃ = 48.73 · 335/3600 = 4.53 кВт

Витрата глухого пари в змійовику третій тарілки буде дорівнює:

D ₃ = 1.1 · 4.53/2024 = 0,00246 кг / с = 8.9 кг / год

Обчислимо площу поверхні теплообміну тарілки:

F ₃ = 4.53/0.4 · (173-146) = 0.419 м ²

Проведемо розрахунок для четвертої тарілки зверху.

Маса скипидару, испаряемого на тарілці.

G ₄ = 4.37 · (0.06 - 0.032) · 136 = 16.64 кг / год

Теплова потужність, що передається змійовиком на випаровування скипидару.

Q ₄ = 16.64 · 335/3600 = 1.549 кВт

Расход глухого пара змійовику четвертой тарілки равен:

D ₄ = 1.1 · 1.549/2024 = 0,00084 кг / с = 3.04 кг / год

Обчислимо площу поверхні теплообміну тарілки:

F ₄ = 1.549/0.4 · (173-149) = 0.161 м ²

Проведемо розрахунок для п'ятої тарілки зверху.

Маса скипидару, испаряемого на тарілці.

G ₅ = 4.37 · (0.032 - 0.021) · 136 = 6.538 кг / год

Теплова потужність, що передається змійовиком на випаровування скипидару.

Q ₅ = 6.538 · 335/3600 = 0.608 кВт

Витрата глухого пари в змійовику п'ятого тарілки буде дорівнює:

D ₅ = ​​1.1 · 0.608/2024 = 0,00033 кг / с = 1.19 кг / год

Обчислимо площу поверхні теплообміну тарілки:

F ₅ = 0.608/0.4 · (173-152) = 0.0724 м ²

Проведемо розрахунок для шостої тарілки зверху.

Маса скипидару, испаряемого на тарілці.

G ₆ = 4.37 · (0.021 - 0.015) · 136 = 3.566 кг / год

Теплова потужність, що передається змійовиком на випаровування скипидару.

Q ₆ = 3.566 · 335/3600 = 0.332 кВт

Витрата глухого пари в змійовику шостий тарілки буде дорівнює:

D ₆ = 1.1 · 0.332/2024 = 0,00018 кг / с = 0.65 кг / год

Обчислимо площу поверхні теплообміну шостий тарілки:

F ₆ = 0.332/0.4 · (173-155) = 0.046 м ²

Проведемо розрахунок для сьомий тарілки зверху.

Маса скипидару, испаряемого на тарілці.

G ₇ = 4.37 · (0.015 - 0.012) · 136 = 1.78 кг / год

Теплова потужність, що передається змійовиком на випаровування скипидару.

Q ₇ = 1.78 · 335/3600 = 0.166 кВт

Витрата глухого пари в змійовику сьомий тарілки буде дорівнює:

D ₇ = 1.1 · 0.166/2024 = 0,00009 кг / с = 0.346 кг / год

Обчислимо площу поверхні теплообміну сьомий тарілки:

F ₇ = 0.166/0.4 · (173-158) = 0.0377 м ²

Проведемо розрахунок для восьмий тарілки зверху.

Маса скипидару, испаряемого на тарілці.

G ₈ = 4.37 · (0.012 - 0.009) · 136 = 1.783 кг / год

Теплова потужність, що передається змійовиком на випаровування скипидару.

Q ₈ = 1.783 · 335/3600 = 0.166 кВт

Витрата глухого пари в змійовику восьмий тарілки буде дорівнює:

D ₈ = 1.1 · 0.166/2024 = 0,00009 кг / с = 0.326 кг / год

Обчислимо площу поверхні теплообміну тарілки:

F ₈ = 0.166/0.4 · (173-161) = 0.0346 м ²

Проведемо розрахунок для дев'ятої тарілки зверху.

Маса скипидару, испаряемого на тарілці.

G ₉ = 4.37 · (0.009 - 0.0068) · 136 = 1.31 кг / год

Теплова потужність, що передається змійовиком на випаровування скипидару.

Q ₉ = 1.31 · 335/3600 = 0.122 кВт

Витрата глухого пари в змійовику дев'ятий тарілки буде дорівнює:

D ₉ = 1.1 · 0.122/2024 = 0,000066 кг / с = 0.239 кг / год

Обчислимо площу поверхні теплообміну дев'ятий тарілки:

F ₉ = 0.122/0.4 · (173-164) = 0.0339 м ²

Проведемо розрахунок для десятий тарілки зверху.

Маса скипидару, испаряемого на тарілці.

G ₁₀ = 4.37 · (0.0068 - 0.0056) · 136 = 0.71 кг / год

Теплова потужність, що передається змійовиком на випаровування скипидару.

Q ₁₀ = 0.71 · 335/3600 = 0.066 кВт

Витрата глухого пари в змійовику десятий тарілки буде дорівнює:

D ₁₀ = 1.1 · 0.066/2024 = 0,000036 кг / с = 0.13 кг / год

Обчислимо площу поверхні теплообміну десятий тарілки:

F ₁₀ = 0.066/0.4 · (173-166) = 0.0236 м ²

Проведемо розрахунок для одинадцятого тарілки зверху.

Маса скипидару, испаряемого на тарілці.

G ₁₁ = 4.37 · (0.0056 - 0.0048) · 136 = 0.475 кг / год

Теплова потужність, що передається змійовиком на випаровування скипидару.

Q ₁₁ = 0.475 · 335/3600 = 0.044 кВт

Витрата глухого пари в змійовику одинадцятого тарілки буде дорівнює:

D ₁₁ = 1.1 · 0.044/2024 = 0,000024 кг / с = 0.0868 кг / год

Обчислимо площу поверхні теплообміну тарілки:

F ₁₁ = 0.044/0.4 · (173-168) = 0.022 м ²

Проведемо розрахунок для дванадцяти тарілки зверху.

Маса скипидару, испаряемого на тарілці.

G ₁₂ = 4.37 · (0.0048 - 0.0042) · 136 = 0.357 кг / год

Теплова потужність, що передається змійовиком на випаровування скипидару.

Q ₁₂ = 0.357 · 335/3600 = 0.0332 кВт

Витрата глухого пари в змійовику тарілки буде дорівнює:

D ₁₂ = 1.1 · 0.0332/2024 = 0,000018 кг / с = 0.065 кг / год

Обчислимо площу поверхні теплообміну дванадцяти тарілки:

F ₁₂ = 0.0332/0.4 · (173-170) = 0.0217 м ²

3.2 Розрахунок допоміжного обладнання

3.2.1 Розрахунок Флорентіни

На стадіях віддувка скипидару від сміття гострим паром і при уваривании каніфолі на каніфолеварочних колонах за допомогою гострої пари і конденсоторов-холодильників виходить конденсат, що складається з води і скипидару. Для розділення їх використовують ділильний апарат, званий Флорентіною. Принцип дії його заснований на поділі двох взаімонерастворімих рідин з різною щільністю.

Флорентіна за технологією встановлена ​​на стадії плавлення живиці для уловлювання та поділу скипидару і води на стадії уварювання каніфолі. Режим роботи: Р = 100 кПа, t = 30 ... 40 ⁰ С.

Принцип роботи заснований на законі Паскаля, який описується рівнянням Ейлера, згідно з яким слід, що рівень двох взаімонерастворімих рідин у сполучених посудинах обернено пропорційний їх плотностям:

h _1: h ₂ = ρ _1: ρ _2, (3.16)

де h _1, h _{2-висота} стовпів рідини, т.е.скіпідара і води, м; ρ _1, ρ _{2-щільність} скипидару і води, кг / м ^3.

Щільність скипидару ρ ₁ можна прийняти за 860 кг / м ^3, води ρ ₂ = 1000 кг / м ^3. Приймаються час відстоювання за 1 годину. З матеріального балансу визначаємо об'єм води і скипидару, відганяє від сміття в друк-фільтрі гострою парою. Припустимо, що відігнало скипидару В, кг / год, і на отдуваніе пішло Г, кг / год, парів води, тоді обсяг скипидару, м ³ / год:

V _ск = В/860, (3.17)

V _ск = 212.17/860 = 0.247

обсяг води, м ³ / год:

V _в = Г/1000 (3.18)

V _в = 212.17/1000 = 0.212

Загальний обсяг Флорентіни, м ³ / год, складе:

V _ф = 1.2 ∙ (V _ск + V _в), (3.19)

де 1.2-коефіцієнт запасу обсягу.

V _ф = 1.2 ∙ (0.247 + 0.212) = 0.551 м ³ / год

Висоту Флорентіни приймемо за Н _ф = 2D _ф (D _{ф-діаметр} Флорентіни), тоді

V _ф = π ∙ D ³ _ф / 2, (3.20)

D _ф = √ 2 ∙ V _ф / π (3.21)

D _ф = √ 2 ∙ 0,551 / 3.14 = 0.705 м

Н _ф = 2 ∙ 0.705 = 1.41 м

Висота шару скипидару:

h ₁ = 4V _ск / π ∙ D ² _ф (3.22) h ₁ = 4 ∙ 0.247/3.14 ∙ 0.705 ² = 0.633 м

Висота шару води:

h ₂ = h ₁ · (Ρ _2: ρ ₁₎ (3.23)

h ₂ = 0.633 · (1000: 860) = 0.736 м

Загальна висота шару рідини під флоренітне складе, на якому і буде відведення скипидару:

h ₁ + h ₂ = 0.633 +0.736 = 1.369 м

Рівень зливу трубки для води:

h ₁ / (h _1-x) = ρ ₂ / ρ ₁ (3.24)

х = h ₁ · (Ρ ₂ - ρ ₁₎ / ρ ₂ (3.25)

х = 0.633 · (1000 - 860) / 1000 = 0.089 м

Хоча скипидар і вода вважаються практично взаімонерастворімимі рідинами, але вони здатні емульгувати один в одному у кількості до 1.5 ... 2.0%. Але навіть при незначній кількості вологи в скипидарі він каламутніє, що робить його нетовароспособним продуктом. Тому весь скипидар, що надходить з Флорентіни після конденсатора-холодильника каніфолеварочной колони, перед затарюванням його в ємності піддають сушінню.

3.2.2 Розрахунок дефлегматора

Дефлегматор призначений для теплообміну між парою і рідиною. З каніфолеварочной колони надходить в дефлегматор G = 1754 кг суміші скипидар-вода (877 кг скипидару і стільки ж води).

У дефлегматори конденсується 5% від загальної кількості суміші. Кількість сконденсованого скипидару G _ск і G _в складе:

G _ск = G _в = G ∙ 0.05 / 2 (3.26)

G _ск = G _в = 877 ∙ 0.05 / 2 = 22 кг

Теплове навантаження конденсації скипидару і води Q складе:

Q = G _ск ∙ Г _ск + G _в ∙ Г _у, (3.27)

де Г _ск і Г _у - теплові конденсації скипидару і води відповідно, ккал / кг.

Q = 22 ∙ 68.5 + 22 ∙ 639.7 = 15580.4 ккал / кг

Середня різниця температур теплоносіїв Δt _ср, ⁰ С складе:

Δt _м = 66 ⁰ С Δt _б = 81 ⁰ С

Δt _сер = (Δt _м + Δt _б) / 2, (3.28)

де Δt _м і Δt _б - температурні напори на кінцях апарату, ⁰ С.

Δt _сер = (66 + 81) / 2 = 73.5 ⁰ С

Необхідна площа поверхні теплообміну дефлегматора F _до, м ² складе:

F _к = Q / k ∙ Δt _ср, (3.29)

де k-коефіцієнт теплопередачі, Вт / м ² ∙ ⁰ С.

F _к = 15580.4 ∙ 4190/115 ∙ 73.5 ∙ 3600 = 2.12 м ²

За ГОСТ 15120-79 вибираємо теплообмінник з площею поверхні теплообміну 2.5 м ^2, загальним числом труб 17, довжиною труб 2.5 м і діаметром кожуха 149 мм.

3.2.3 Розрахунок холодильника-конденсатора

У холодильнику-конденсаторі каніфолеварочной колони конденсується 95% суміш вода-скипидар, що виходить з колони в кількості 1754 кг, з наступним охолодженням до 30 ⁰ С. Кількість сконденсованого і охолодженого скипидару G _ск і G _в складе:

G _ск = G _в = G ∙ 0.95 / 2 (3.30)

G _ск = G _в = 1754 ∙ 0.95 / 2 = 833.2 кг

Теплове навантаження конденсації скипидару і води Q, кал / год розраховується за формулою (3.27.) І становить:

Q = 833.2 ∙ 68.5 + 833.2 ∙ 639.7 = 590072.04 ккал / кг

Середня різниця температур теплоносіїв Δt _ср, ⁰ С по формулі (3.28.) Складе:

Δt _м = 66 ⁰ С Δt _б = 81 ⁰ С

Δt _сер = (66 + 81) / 2 = 73.5 ⁰ С

Необхідна площа поверхні конденсації F _до, м ² за формулою (3.29.) Складе:

F _к = 590072.04 ∙ 4190/115 ∙ 73.5 ∙ 3600 = 82.25 м ²

Теплове навантаження охолодження скипидару і води, Q _до складе:

Q = (G _ск ∙ З _ск + G _в ∙ З _в) ∙ (t _{2-t 1),} (3.31.)

де t ₂ і t _{1-початкова} і кінцева температури води і скипидару відповідно, ⁰ С; З _ск і С _{по-теплоємність} скипидару і води відповідно, ккал / год ∙ ⁰ С.

Q = (877 ∙ 0.42 + 877 ∙ 1) ∙ (106 -30) = 94645.84 ккал / год

Середня різниця температур теплоносіїв Δt _ср, ⁰ С за формулою складе:

Δt _м = 66 ⁰ С Δt _б = 5 ⁰ С

Δt _сер = Δt _б - Δt _м / 2.3 ∙ lg (66 / 5) = 23.7 ⁰ С

Необхідна площа поверхні охолодження F _ох, м ² за формулою (3.29) складе:

F _ох = 94645.84 ∙ 4190/115 ∙ 23.7 ∙ 3600 = 40.42 м ²

Загальна площа холодильника-конденсатора F, м ² складе:

F = F _до + F _ох (3.32.)

F = 40.42 +82.25 = 122.67 м ²

За ГОСТ 15122-79 вибираємо двоходовий теплообмінник з площею поверхні теплообміну 127 м ^2, загальним числом труб 404, довжиною 4.0 м, діаметром кожуха 800 мм.

Висновок

У ході виконання курсового проекту були визначені основні геометричні розміри каніфолеварочной колони: тарілки - сітчатие і колпачковой, число тарілок 15, висота колони 8.9 м, діаметр колони 0.8 м.

Крім цього був проведений розрахунок і вибір допоміжного обладнання: дефлегматор, Флорентіна. Також зроблено розрахунок холодильника-конденсатора. Було вибрано 2 кожухотрубчасті теплообмінника:

1) з діаметром кожуха 149 мм, загальною кількістю труб 17, довжиною труб 2.5 м, поверхнею 2.5 м ^2;

2) з діаметром кожуха 600 мм, загальною кількістю труб 368, довжиною труб 2.5 м, поверхнею 70 м ^2.

Було скоєно ознайомлення з останніми досягненнями в області даного виробництва та перспективи його розвитку.

Список використаних джерел

1 .. Дитнерскій Ю.І. Основні процеси та апарати хімічної технології. - М.: «Хімія», 1991 р.

2.Елкін В.А., Виродов В.А., Рябов В.В., Кречмер М.М. Обладнання і проектування підприємств гідролізної і лісохімічної промисловості. - М.: Лісова промисловість, 1991 р.

3.Виродов В.А. Каніфольно-терпентінное виробництво: лекції. - Л.: ЛТА, 1982р.

4.Справочнік ЛІСОХІМІК. М.: Лісова промисловість, 1974 р.

5.Гордон Л.В. та ін Технологія і обладнання лісохімічний виробництв. - М.: Лісова промисловість, 1979 р.

6.Касаткін А.Г. Основні процеси та апарати хімічної технології. - М.: «Машинобудування», 1981 р.