Расчет и проектирование установки для разделения бинарной смеси ацетон-этанол производительностью 8500 кг/ч

чертеж колонныновый.cdw

испытании и поставке аппарата должны
выполнятся требования:
а) ГОСТ 12.2.003-74 "Оборудование производственное.
Общие требования безопасности".
б) ОСТ 26-291-79 "Сосуды и аппараты стальные сварные.
Технические требования".
Материал деталей колнны
соприкосающихся с обрабатываемыми
-сталь Х18Н10Т ГОСТ 5 632 -72
деталей -сталь Ст3 ГОСТ 380-71.
Материал прокладок -паронит ПОН-1 ГОСТ 481-80.
Аппарат испытать на прочность и плотность гидравлически
в горизонтальном положении под давлением 0
вертикальном положении-наливом.
Сварные соединения должны соответствовать требованиям
ОСТ 26-01-82-77 "Сварка в химическом машиностроении.
Сварные швы в обьеме 100% контромировать рентгено-
Действительное расположение штуцеров
Не указанный вылет штуцеров -120 мм.
Производительность 2.361 кгс.
Рабочее давление 0.1 МПа.
Температура среды в кубе 76 С.
Среда в аппарате - не токсичная
Тип тарелок - ситчатые типа ТС-Р.
Количество тарелок - 26
Колонна ректификационная
Приспособление для выверки
Опора цилиндрическая
Выход кубового остатка
Выход паров флегмы и дистиллята
Выход жидкости на циркуляцию
Для регулятора уровня
Для камеры уровнемера
Для замера температуры
Технические требования
Техническая характеристика
Аппарат предназначен для разделения смеси ацетон-этанол
Устройство поворотное

Содержаниемо.docx

Описание и обоснование технологической схемы установки .
Описание конструкции и принципа действия ректификационной колонны ..
Описания конструкции и принципа действия вспомогательного оборудова-ния ..
Расчет ректификационной колонны
1 Расчет материального баланса по продуктам
1.1 Массовые расходы баланса по продуктам разделения ..
1.2 Молярные расходы питания по продуктам разделения ..
2. Условия равновесия
3. Расчет минимального и рабочего флегмовых чисел
3.1 Расчет минимального флегмового числа
3.2 Расчет оптимального флегмового числа
4 Рабочие линии и их построение на диаграмме x-y ..
5 Установление средних параметров жидкости и пара в укрепляющей и исчерпывающей частях колонны
5.1 Расчет средних составов жидкости в укрепляющей и исчерпывающей частях колонны
5.2 Расчет средних составов пара в укрепляющей и исчерпывающей частях колонны
5.3 Расчет средних молярных масс жидкости и пара в укрепляющей и исчерпывающей частях колонны .
5.4 Определение температур жидкости и пара .
5.5 Расчет плотности жидкости и пара
5.6 Расчет массовых расходов жидкости и пара
5.7 Расчет объемных расходов жидкости и пара
5.8 Расчет динамической вязкости жидкостей ..
6. Расчет рабочей скорости пара в ректификационной колонне и ее диаметр .
6.1Расчет рабочей скорости пара в колонне ..
6.2 Расчет диаметра ректификационной колонны .
6.3 Действительная скорость пара в колонне .
6.4 Параметры тарелки .
7 Расчет высоты ректификационной колонны.. . ..
7.1 Расчет числа теоретических тарелок в укрепляющей и исчерпывающей частях колонны
7.2 Расчет средней эффективности тарелок в укрепляющей и исчерпывающей частях колонны ..
7.3 Расчет числа тарелок в укрепляющей и исчерпывающей частях колонны ..
7.4 Расчет высоты тарельчатой части колонны ..
7.5 Расчет габаритной высоты ректификационной колонны .
8 Расчет гидравлического сопротивления ректификационной колонны
8.1 Гидравлическое сопротивление сухих тарелок
8.2 Гидравлическое сопротивление обусловленное пожарожидкос-ным слоем на тарелке ..
8.3 Гидравлическое сопротивление обусловленное силами поверх-ностного натяжения
8.4 Гидравлическое сопротивление орошаемых тарелок ..
8.5 Гидравлическое сопротивление ректификационной колонны .
9 Расчет штуцеров ректификационной колонны ..
9.1 Штуцер для входа питания .
9.2 Штуцер для входа флегмы
9.3 Штуцер для выхода паров флегмы и дистиллята
9.4 Штуцер для выхода кубового остатка
Расчет и подбор вспомогательного оборудования .
1 Расчет кожухотрубчатого конденсатора (дефлегматора)
2 Расчет подогревателя исходной смеси ..
3 Расчет кожухотрубчатого теплообменника-испарителя ..
4 Расчет центробежного насоса
Список используемых источников ..

РЕФЕРАТ.doc

Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту содержит 67 страниц 19 рисунков 2 таблицы 6 литературных источника.
РЕКТИФИКАЦИЯ БИНАРНАЯ СМЕСЬ АЦЕТОН ЭТАНОЛ КОЛОННА ПИТАНИЕ ДИСТИЛЛЯТ КУБОВЫЙ ОСТАТОК ТЕПЛООБМЕННИК НАСОС ДЕФЛЕГМАТОР
Целью выполнения курсового проекта является расчёт и проектирование ректификационной установки непрерывного действия для разделения бинарной смеси ацетон – этанол.
Выполнено описание технологической схемы установки. Представлено описание конструкции ректификационной колонны и принципа ее действия. Проведены технологические и конструктивные расчеты ректификационной колонны. Подобрано вспомогательное оборудование установки: испаритель дефлегматор подогреватель исходной смеси насос для подачи питания и флегмы.
Графическая часть проекта включает:
- чертёж общего вида колонны – 1 лист формата А1;
- чертёж технологической схемы установки – 1 лист формата А1.

Список используемых источников.docx

Список используемых источников
Процессы и аппараты химической технологии. Расчет и проектирование массообменных аппаратов Д.Г. Калишук [и др.]. – Минск : БГТУ 2014. – 498 с.
Процессы и аппараты химической технологии. Методические указания к курсовому проектированию Д.Г. Калишук [и др.]. - Минск : БГТУ 1992. – 40 с.
Колонные аппараты: каталог. – М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ 1987 – 27 с.
Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по
проектированию Под ред. Ю. И. Дытнерского. – М.: Химия 1991 – 472 с.
Павлов К. Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии Романков П. Г. Носков А. А. - Л.: Химия 1987 – 571 с.
Гост 15119-79. Испарители кожухотрубчатые с неподвижными трубными решетками и кожухотрубчатые с температурным компенсатором на кожухе. Основные параметры и размеры

2описание.docx

2 Описание конструкции и принципа действия ректификационной колонны
В качестве ректификационной колоны выбираем тарельчатую. Она в отличие от других колон обеспечивает равномерное распределение жидкости по сечению колонны дает возможность разделять смеси с любой степенью чистоты применяются не только для малых диаметров но и для больших. Кроме этого незначительное гидравлическое сопротивление не требует большого увеличения давления а значит и температура кипения в нижней части колонны не связана с дополнительным расходом энергии.
Аппарат представляет собой вертикальный цилиндр состоящий из куба крышки тарельчатой части. В кубе имеются штуцера для отвода пробы термометр показатели уровня манометр. В крышке имеется штуцер для отвода паров дистиллята. В тарельчатой части имеются штуцера для подвода исходной смеси флегмы. Также имеются манометр и термометр.
В данной работе выбраны ситчатые тарелки. Эти тарелки имеют большое число отверстий диаметром 8 мм через которые проходит газ в слой жидкости на тарелке.
К достоинствам ситчатых тарелок относятся простота их устройства легкость монтажа и ремонта сравнительно низкое гидравлическое сопротивление высокая эффективность также они устойчиво работают в довольно широком интервале скоростей газа. Кроме этого немаловажным преимуществом ситчатых тарелок является их малая цена по сравнению с другими видами тарелок.
В данной ректификационной колонне происходит разделение смеси ацетон – этанол. Эта смесь предварительно подогретая до температуры кипения с целью уменьшения тепловой нагрузки кипятильника. Смесь подаётся на питающую тарелку где состав жидкости примерно равен составу исходной смеси. В нашем случае питающей является девятая тарелка. Она делит колонну на две части имеющие различное назначение. Та часть колонны находящаяся выше питающей тарелки (от питающей до верхней тарелки) обеспечивает как можно большее укрепление паров т. е. обогащение их легколетучим компонентом (ацетоном). Эта часть колонны называется укрепляющей. Та часть колонны расположенная ниже питающей тарелки (от питающей до нижней тарелки) обеспечивает удаление из жидкости легколетучего компонента т. е. исчерпывает жидкость для того чтобы в кипятильник стекала жидкость близкая по составу к чистому низкокипящему компоненту (этанолу).
Снизу вверх по колонне движутся пары поступающие в нижнюю её часть из кипятильника К который находится вне колонны т.е. является выносным. Стекая вниз по колонне жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром.
Начальный состав пара примерно равен составу кубового остаткат.е. обеднен легколетучим компонентом. В результате массообмена с жидкостью пар обогащается легколетучим компонентом. Для более полного обогащения верхнюю часть колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом жидкостью (флегмой) состава.
Ректификационная колонна имеет 26 ситчатых тарелок. Также в верхней части колонны установлен брызгоуловитель для улавливания капель жидкости уносимых паром. Колонна имеет штуцер для подачи исходной смеси штуцер для ввода паров жидкости из кипятильника штуцер для ввода флегмы штуцер для вывода паров дистиллята штуцер для вывода кубового остатка к кипятильнику и к холодильнику. В колонне предусмотрены штуцера для замера температуры для замера давления и для установки регулятора уровня.
Установка ректификационной колонны на фундамент или на специальную несущую конструкцию осуществляется при помощи опоры.
В колонне также имеется 2 люка.
Принципиальная схема ректификационной колонны представлена на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 – Принципиальная схема ректификационной колонны
– корпус; 2 – крышка; 3 – штуцер; 4 – гильза; 5 – тарелка; 6 – штырь;
– брызгоуловитель; 8 – опора; 9 – цапфа; 10 – штуцер для подачи исходной смеси; 11 – штуцер для отвода паров флегмы и дистиллята; 12 – штуцер для отвода кубового остатка.
Ректификационная колонна представляет собой вертикальный цилиндр состоящий из крышки тарельчатой части и днища. Также в аппарате имеются штуцера для подвода исходной смеси и подачи флегмы отвода дистиллята и кубового остатка. Ректификационная колонна имеет цилиндрический корпус внутри которого установлены контактные устройства в виде ситчатых тарелок.
Работают эти тарелки следующим образом. Жидкость поступая через переливное устройство распределяется равномерно по всей плоскости основания тарелки и затем сливается в другое переливное устройство. Газ проходит через направляющие элементы и барботирует через жидкость образуя вспененный дисперсный слой газ и жидкости.
Стекая вниз по колонне жидкость взаимодействует с поднимающимся паром образованным при кипении кубовой жидкости в кубе-испарителе. Пар кубовой жидкости образуется за счет части высококипящего компонента направленного на испарение. В результате массообмена с жидкостью пар обогащается НК – ацетоном а жидкая фаза ВК - этанолом. В верхней части колонны происходит укрепление паров при помощи флегмы орошающей пары поднимающиеся вверх. Пары конденсируются в дефлегматоре. Далее конденсат проходит распределитель потока. Часть конденсата идет на орошение колонны (флегма) а другая часть (дистиллят) поступает в холодильник и затем в емкость сбора дистиллята.

1 описание установки.docx

1 Описание и обоснование технологической схемы ректификационной установки
В данном курсовом проекте рассмотрена схема непрерывной ректификации. Непрерывный процесс характеризуется непрерывной подачей сырья в колонну и непрерывной выгрузкой продуктов разделения. При этом все стадии процесса (ректификация подогрев сырья дистилляция и другие) разделены в пространстве и проводятся одновременно в разных аппаратах. Многотоннажные производства в основном используют непрерывную ректификацию т.к. она как и все непрерывные процессы имеет ряд преимуществ перед периодической:
компактность установки;
возможность использования оборудования большой мощности;
однородность по качеству продукции;
стабильные условия работы что облегчает установление требуемого режима работы и автоматизацию процесса;
труд обслуживающего персонала легче безопаснее производительнее (т.к. отсутствуют простои оборудования между операциями);
уменьшенный расход тепла причем возможно использование тепла кубового остатка на подогрев исходной смеси в теплообменнике.
Однако наряду с существенными преимуществами непрерывная ректификация имеет ряд недостатков по сравнению с периодической. Основными недостатками является повышенная стоимость основных производственных фондов и необходимость использования более квалифицированных специалистов.
Таким образом в производствах крупного масштаба более целесообразно применять непрерывную ректификацию а в небольших неравномерно работающих производствах – периодическую.
При выборе схемы установки исходят прежде всего из экономической эффективности предлагаемых мероприятий. При этом так же учитываются технологические особенности того или иного производства. Таким образом все делается для того чтобы с наименьшими затратами добиться максимальной эффективности. Так при подборе оборудования главными показателями являются:
б) простота монтажа;
в) простота эксплуатации.
Описание непрерывно действующей ректификационной установки
Упрощенная схема непрерывно действующей ректификационной установки изображена на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 Схема непрерывно действующей ректификационной установки
емкость с исходной смесью; 29 насосы; 3 – подогреватель;
– кипятильник; 5 – ректификационная колонна; 6 дефлегматор; 7 –холодильник-дистиллятор; 8 – сборник дистиллята; 10 –холодильник кубового остатка; 11 сборник кубового остатка;
Исходная смесь с подается насосом 2 из емкости 1 подается в подогреватель 3 где нагревается от начальной температуры до температуры кипения. Затем поступает в ректификационную колонну 5 на питающую тарелку где смешивается с флегмой. Жидкая смесь стекает в нижнюю исчерпывающую часть колонны взаимодействуя при этом на тарелках с поднимающимся из кипятильника 4 паром. Паровая фаза поднимаясь от тарелки к тарелки обогащается низкокипящим компонентом и через штуцер вверху колонны поступает и конденсируется в дефлегматоре 6 который охлаждается оборотной водой. Часть полученного конденсата возвращается на верхнюю тарелку в колонну в виде флегмы для орошения нижней части а другая часть отбирается в виде дистиллята который используется как готовый продукт содержащий преимущественно легколетучий компонент. Перед отводом готовых продуктов в сборники 8 и 11 они предварительно охлаждаются в холодильниках 7 и 10. В результате работы колонны их исходной смеси получают 2 готовых продукта кубовый остаток этанол и дистиллят ацетон.
С ростом объема промышленного производства ускорением темпов научно-технического прогресса особенно остро встает проблема защиты окружающей среды от загрязнения вредными веществами. Загрязнение атмосферы и водоемов нарушает экологию и наносит огромный ущерб народному хозяйству. К наиболее крупным источникам загрязнения атмосферы и водоемов относятся в частности технологические линии и агрегаты предприятий химической и нефтехимической промышленности. Значительная часть технологических процессов сопровождается выделением пыли или других твердых частиц. Для предупреждения загрязнения атмосферы промышленными выбросами технологические процессы необходимо совершенствовать доведя до минимума выделения а также внедрять безотходные замкнутые технологические процессы. Однако в тех случаях когда эти задачи невозможно решить следует применять наиболее эффективные и экономичные средства очистки воздуха и газов перед выбросом их в атмосферу. Для полного исключения загрязнений воды необходимо при проектировании очистных сооружений сточные воды рассматривать как сырье для извлечения ценных продуктов а очистку воды – как процесс необходимый для повторного ее использования. Для санитарной очистки сточных вод создаются и осваиваются новые эффективные установки и очистные сооружения. Это позволяет при постоянном росте объемов химического и нефтехимического производств непрерывно уменьшать потребление свежей воды в промышленности и снизить количество сточных вод. Кроме того используют термические методы приводящие к ликвидации сточных вод а также методы закачки сточных вод в подземные горизонты. Для очистки сточных вод на химических предприятиях применяют два основных типа очистных сооружений: локальные (цеховые) и общие (заводские). Применение локальных установок позволяет повторно использовать очищенную воду в том же технологическом процессе (в системах повторного и оборотного водоснабжения).Крупные химические и нефтехимические предприятия снабжают (заводскими) очистными сооружениями которые могут включать первичную вторичную и третичную очистку сточных вод.

ВВЕДЕНИЕ.doc

Современная химическая промышленность характеризуется весьма большим числом разнообразных производств различающихся условиями протекания технологических процессов и многообразием физико-химических свойств перерабатываемых веществ и выпускаемой продукции. Вместе с тем технологические процессы различных производств представляют собой комбинацию сравнительно небольшого числа типовых процессов (нагревание охлаждение фильтрование и т.д.).
В химической промышленности особое место занимают массообменные процессы которые характеризуются переходом одного или нескольких веществ из одной фазы в другую. Используя эту возможность перехода вещества из одной фазы в другую осуществляют разделение гетерогенных и гомогенных систем. В зависимости от того из какой фазы в какую переходит вещество различают следующие процессы: абсорбция ректификация экстракция кристаллизация сушка. Продукты химической и нефтехимической промышленности используются практически во всех отраслях народного хозяйства: в машиностроении строительстве сельском хозяйстве – и в быту. Ускорение развития химической промышленности в нашей стране требует научного решения многочисленных и разнообразных проблем связанных с проектированием строительством и эксплуатацией химических заводов. Особое внимание должно быть уделено разработке новых высокоинтенсивных автоматизированных химических аппаратов и машин.
Ректификация – это процесс разделения жидких однофазных систем состоящих из двух или более компонентов основанный на разности их температур кипения и осуществляемый при многократном контакте пара и жидкости образующихся в процессе. В ректификации компонент который имеет более низкую температуру кипения называется низкокипящим он переходит в пар а также удаляется из жидкости в первую очередь. Компонент имеющий более высокую температуру кипения называется высококипящим и он остается в жидкости. Процесс широко применяется на многих заводах химической промышленности: Мозырский НПЗ Новополоцкий НПЗ Речицкий газоперерабатывающий завод и т.д.
В курсовом проекте будет произведен расчет и подобрано типовое оборудование для проведения процесса ректификации бинарной ацетон – этанол.

3 обоснование вспомог оборуд.docx

3 Описания конструкции и принципа действия вспомогательного
В ходе данного процесса необходимо подогревать и охлаждать жидкости до определенных температур. Для этого необходимо использовать теплообменную аппаратуру.
Так как наибольшее распространение получили поверхностные теплообменники в которых тепло передается через разделяющую теплоносители стенку то целесообразно выбрать именно этот тип теплообменных аппаратов. В частности широко используются кожухотрубчатые теплообменники. Они довольно просты в изготовлении позволяют достигать высоких скоростей теплоносителя в трубах относительно хорошо доступны для очистки и ремонта в особенности для очистки труб. В многоходовых теплообменниках этого типа достаточно высокая интенсивность теплообмена.
В качестве подогревателя исходной смеси используем кожухотрубчатый двухходовой вертикальный теплообменник с неподвижными трубными решетками. Кожухотрубчатый двухходовой теплообменник изображен на рисунке 3.1.
Рисунок 3.1- Кожухотрубчатый двухходовой теплообменник.
– кожух; 2 – трубные решетки; 3 – трубы; 4 – крышки; 5 – перегородки в крышках 6 – перегородки в межтрубном пространстве; 7 –камера; 8 – перегородки в камерах; III– штуцера.
Теплообменник состоит из цилиндрического корпуса (кожуха) 1 с установленными на торцах его трубными решётками 2 и штуцерами II.
В отверстиях трубных решёток своими концами закреплены трубы 3 . Совокупность этих труб называется трубным пучком. Трубчатка сверху и снизу закрыты крышками со штуцерами I. Один теплоноситель (ацетон) подают в трубное пространство другой (этанол) в межтрубное. Горячий теплоноситель отдает холодному через стенки труб тепло. С помощью продольной перегородки 5 установленной в крышке теплообменника трубы разделены на ходы по которым последовательно движется жидкость протекающая в трубном пространстве теплообменника. Для увеличения скорости и удлинения пути движения среды в межтрубном пространстве служат сегментные перегородки 6.
В подогревателе исходной смеси в качестве греющего теплоносителя используем насыщенный водяной пар. Этот теплоноситель обладает существенными достоинствами. В результате конденсации пара получаем большое количества тепла при относительно небольшом расходе пара так как теплота конденсации его составляет приблизительно 226 106 Джкг при давлении 1 ат. Вследствие высоких коэфициентов теплоотдачи от конденсирующегося пара сопротивление переносу тепла со стороны пара мало. Это позволяет проводить процесс нагревания при малой поверхности теплообмена. Важным достоинством насыщенного пара является постоянство температуры его конденсации что дает возможность точно поддерживать температуру нагрева а также в случае необходимости регулировать ее изменяя давление греющего пара. Теплообменник выбранный согласно ГОСТ 15119-79: поверхностью теплообмена F= 31 м2 числом ходов-2 числом труб n=166 длиной труб l=4 м с диаметром кожуха – 400 мм. Исходная смесь где подогревается от температуры начальной – 20°C до температуры кипения – 6224°C. Давление насыщенного водяного пара принимаем 1967 кПа так как при больших давлениях требуется слишком толстостенная и дорогостоящая теплообменная аппаратура а также велики расходы на коммуникации и арматуру. Исходную смесь направляем снизу вверх а греющий пар в противоположном направлении. Такое направление движения каждой среды совпадает с направлением в котором стремится двигаться данная среда под влиянием изменения ее плотности при нагревании или охлаждении. Также наблюдается при таком направление сред равномерное распределение скоростей.
В качестве дефлегматора используем кожухотрубчатый двухходовой горизонтальный теплообменник с неподвижными трубными решетками.
Дистиллят конденсируется в горизонтальном кожухотрубчатом двухходовом теплообменнике выбранном согласно ГОСТ 15119-79: поверхность теплопередачи F=173 м2 диаметр кожуха – 800 мм число ходов-2 трубы d=20x2 мм число труб 690 длинна труб l=4 м. В качестве охлаждающего агента используем оборотную воду. Конечную температуру воды принимаем 44°C чтобы свести к минимуму выделение растворенных в воде солей загрязняющих теплообменные поверхности и снижающих эффективность теплообмена. Направляем теплоносители противотоком для достижения большей величины средней движущей силы.
Испаритель представляет собой кожухотрубчатый вертикальный двухходовой теплообменник с поверхностью теплообмена равной 208 м2 с диаметром кожуха – 800 мм с диаметром труб – 25х2 мм с длинной труб – 6 м с числом ходов и труб соответственно 2 и 404. Направляем теплоносители противотоком для достижения большей величины средней движущей силы.
Для подачи исходного раствора используем одноступенчатый центробежный насос. Центробежный насос изображен на рисунке 3.5.
Рисунок 3.2 – Центробежный насос
–рабочее колесо; 2 –корпус; 3 – всасывающий трубопровод; 4 – напорный трубопровод.
В одноступенчатом центробежном насосе жидкость из всасывающего трубопровода 3 поступает вдоль оси рабочего колеса 1 в корпус 2 насоса и попадая на лопатки приобретает вращательное движение. Под действием центробежной силы давление жидкости увеличивается и она выбрасывается из колеса в корпус и напорный трубопровод 4. При этом на входе в колесо создается пониженое давление и встледствие разности давлений жидкость из приемной емкости непрерывно поступает в насос.
Центробежными насосы марки Х2031: V=5510-3 м3с H=18 м Насос обеспечен электродвигателем АО2-41-2 номинальной мощностью 10 кВт частота вращения вала .
Центробежные насосы являются одним из основных типов насосов применяемых в химической технологии. Они предназначены для перекачивания химически активных и нейтральных жидкостей не имеющих включений или же с твердыми включениями составляющими до 02% при размере частиц до 02 мм.
Сеть трубопроводов является источником повышенной опасности так как вследствие тяжелых эксплуатационных факторов происходит разрушение материала труб и разгерметизация фланцевых сооружений а из-за большой протяженности сети контроль за ее состоянием затруднен. Безопасность эксплуатации трубопроводов обеспечивается их правильной прокладкой качественным монтажом установкой компенсаторов.
Безопасность эксплуатации насосов обеспечивается подвижностью конструкции коррозионной стойкостью материала и герметичность уплотнения движущихся частей. При перекачивании горячих жидкостей предусматривается специальные меры защиты обслуживающего персонала от ожогов.

4 расчет готовновый.docx

4 Расчет ректификационной колонны
Исходные данные для расчета:
- разделяемая смесь — ацетон-этанол;
- производительность по питанию 8500 кгч = 2361 кгc;
- массовая доля низкокипящего компонента (НК) в исходной смеси
- массовая доля НК в кубовом остатке ;
- массовая доля НК в дистилляте ;
- тип аппарата — тарельчатый;
- тип тарелок — ситчатые.
- исходная смесь подается на тарелку питания подогретой до температуры кипения;
- греющий теплоноситель в испарители установки – водяной насыщенный пар.
- охлаждающий теплоноситель в дефлегматоре установки оборотная вода начальная температура 25°С.
1 Расчет материального баланса по продуктам разделения
1.1 Массовые расходы продуктов разделения
Температура кипения ацетона при атмосферном давлении а температура кипения этилового спирта при тех же условиях по [1] с.264. Следовательно в смесях состоящих из ацетона и этанола низкокипящим компонентом (НК) является ацетон а ВК – этиловый спирт и составы смесей выражены через ацетон.
Производительность колонны по кубовому остатку кгс определим из уравнения:
Производительность колонны по дистилляту кгс определим из уравнения:
1.2 Молярные расходы питания и продуктов разделения
Пересчитаем составы питания и продуктов разделения из массовых долей в мольные по следующим формулам:
где молярная доля низкокипящего компонента в питании дистилляте и кубовом остатке соответственно кмолькмоль;
и – молярные массы низколетучего и высококипящего компонентов соответственно кгкмоль.
1 кгкмоль и 581 кгкмоль [1] с. 264 .
Массовые расходы питания и продуктов разделения пересчитываются в молярные по следующим формулам:
где F D W – молярные расходы питания дистиллята и кубового остатка соответственно кмольс;
MF MD и MW – молярные доли питания дистиллята и кубового остатка соответственно кгкмоль.
Молярные массы питания и продуктов разделения определяется по формулам:
Молярные массы продуктов равны:
Молярные расходы продуктов равны:
Относительный молярный расход питания определяется по формуле
2 Условия равновесия
В дальнейших расчетах необходимо использовать х—у и t—х—у диаграммы равновесия которые строятся по экспериментальным данным. Для смеси ацетон-этанол при атмосферном давлении (по заданию Р = 01 МПа) экспериментальные данные по равновесию [1] с. 286 представлены в таблице 4.1. Обозначения принятые в таблице: t — температура .
Таблица 4.1 – Данные по сравнению жидкость-пар для смеси ацетон-этанол при атмосферном давлении
По данным таблицы 4.1 строим диаграмму x-y и t-x-y (см. рисунки 4.1 и 4.2)
Рисунок 4.1 – диаграмма равновесия x-y для смеси ацетон-этанол при
Рисунок 4.2 – Диаграмма равновесия t-x-y для смеси ацетон-этанол при
3 расчет минимального и рабочего флегмовых чисел
3.1 Расчет минимального флегмового числа
Минимальное флегмовое чило Rmin определяем по зависимости
где - мольная доля этанола в паре равновесном с жидким питанием кмолькмоль
Значение кмолькмоль находим графическим путем (ордината точки С на рисунке 4.3)
Наносим на yD= yW=xW). Соединяем точку С( хF=) с точками А и В отрезками прямых. Полученные отрезки АС и ВС не пересекают линию равновесия ) а касаются ее в точке С. Следовательно формула (4.13) для расчета Rmin применена верно.
3.2 Расчет флегмового числа
Оптимальное флегмовое число Rопт определяем путем построения и анализа графика функции NT(R+1) =) где NT – число теоретических тарелок обеспечивающих заданное разделение смеси в колонне при данном значении R.
Рисунок 4.3 – К определению Rmin.
Принимаем что флегмовое число изменяется в пределах от до . значения и рассчитывают по формулам:
В диапазоне изменения R устанавливаем дополнительно nR = 6 промежуточных значений флегмового числа с интервалом R:
Промежуточные значения флегмового числа:
Уравнение рабочей линии укрепляющей части колонны в явном виде.
Примем кмолькмоль тогда ордината пересечения рабочих линий кмолькмоль равна
На диаграмме x-y выполняем построение рабочих линий укрепляющей и исчерпывающей частей колонны при и линию равновесия ). Для определения используется графический метод Мак-Кэба и Тиле [1] с.121-123. Результаты построения представлены на рисунке 4.4
Рисунок 4.4 – К определению для ректификационной колонны по методу Мак-Кэба и Тиле при R=R’=1555
Рисунок 4.5 – К определению для ректификационной колонны по методу Мак-Кэба и Тиле при R=R1=1825
Рисунок 4.6 – К определению для ректификационной колонны по методу Мак-Кэба и Тиле при R=R2=2100
Рисунок 4.7 – К определению для ректификационной колонны по методу Мак-Кэба и Тиле при R=R3=2360
Рисунок 4.8 – К определению для ректификационной колонны по методу Мак-Кэба и Тиле при R=R4=2645
Рисунок 4.9 – К определению для ректификационной колонны по методу Мак-Кэба и Тиле при R=R5=2918
Рисунок 4.10 – К определению для ректификационной колонны по методу Мак-Кэба и Тиле при R=R6=3190
Рисунок 4.11 – К определению для ректификационной колонны по методу Мак-Кэба и Тиле при R=R”=3462
Из диаграммы число теоретических тарелок . Значение комплекса NT(R+1) при этом
NT(R+1) =2681(1555+1)= 6850
NT(R+1) =1750 (1825+1)= 5944
NT(R+1) =1523 (2100+1)= 4721
NT(R+1) =1442 (2360+1)= 4845
NT(R+1) =1333 (2645+1)= 4859
NT(R+1) =1257 (2918+1)= 4925
NT(R+1) =1186 (3190+1)=4969
NT(R+1) =1162 (3462+1)= 5185
Таблица 4.2 – исходные данные и результаты расчетов к определению оптимального флегмового числа
По данным таблицы 4.2 выполняем график функции который показан на рисунке 4.12. Минимум функции
соответствует Rопт=216.
Рисунок 4.12 - Определение Rопт
4 Рабочие линии и их построение на диаграмме x-y
Для дальнейших расчетов принимаем рабочее флегмовое число равным оптимальному R = Rопт= 216.
При рабочем флегмовом числе уравнения рабочих линий укрепляющей и исчерпывающей частей колонны принимает вид
В явном виде уравнения рабочих линий укрепляющей и исчерпывающей частей колонны записывается следующим образом:
На рисунке 4.13 представлена диаграмма x-y с рабочими линиями процесса при рабочем флегмовом числе.
Рисунок 4.13 – Рабочие линии процесса при рабочем флегмовом
5 Установление средних параметров жидкости и пара в укрепляющей и исчерпывающей частях колонны
5.1 Расчет средних составов жидкости в укрепляющей и исчерпывающей частях колонны
Среднюю молярную долю НК в жидкости в укрепляющей кмолькмоль и исчерпывающей кмолькмоль частях колонны рассчитывается по формулам:
5.2 Расчет средних составов пара в укрепляющей и исчерпывающей частях колонны
Среднюю молярную долю НК в жидкости в укрепляющей кмолькмоль и исчерпывающей кмолькмоль частях колонны определяется расчетным путем по формулам:
5.3 Расчет средних молярных масс жидкости и пара в укрепляющей и исчерпывающей частях колонны.
Среднюю молярную массу жидкости в укрепляющей части колонны кгкмоль расчитываем по формуле
Среднюю молярную массу жидкости в исчерпывающей и исчерпывающей части колонны кгкмоль рассчитываем по формуле
Среднюю молярную массу пара в укрепляющей части колонны кгкмоль рассчитываем по формуле
Среднюю молярную массу пара в исчерпывающей и исчерпывающей части колонны кгкмоль рассчитываем по формуле
5.4 Определение температур жидкости и пара
Необходимые для определения температур фаз построения на диаграмме t-x-y представлены на рисунке 4.14. В результате получены следующие значения:
- температура жидкого питания подаваемого в колонну
- температура жидкого кубового остатка покидающего колонну
- температура паров флегмы и дистиллята отводимых из колонны
- температура жидких флегмы и дистиллята отводимых из дефлегматора установки
- средняя температура жидкости в укрепляющей части колонны
- средняя температура жидкости в исчерпывающей части колонны
- средняя температура паров в укрепляющей части колонны
- средняя температура паров в исчерпывающей части колонны
Рисунок 4.14 – определение температур жидкости и пара на диаграмме t-x-y
5.5 Расчет плотности жидкости и пара
Расчет плотностей жидких потоков кг проводят по формуле
Где массовая доля НК в
и – плотности жижких НК и ВК соответственно при температуре (средней) потока кг.
Плотности жидких НК и ВК при температуре и [1] с.241. Плотность жидкого кубового остатка кг при кгкг.
Плотности жидких НК и ВК при температуре и [1] с.241. Плотность жидкого питания кг при кгкг.
Плотности жидких НК и ВК при температуре и [1] с.241. Плотность жидкого дистиллята кг при кгкг.
Массовая доля НК в жидкостях среднего состава в укрепляющей и исчерпывающей частях колонны и кгкг соответственно
Плотности жидких НК и ВК при температуре и [1] с.241. Плотность жидкости среднего состава в укрепляющей чати колонны кг
Плотности жидких НК и ВК при температуре и [1] с.241. Плотность жидкости среднего состава в исчерпывающей колонны кг
Плотность паров флегмы и дистиллята отводимых из колонны в дефлегматор
Где нормальное барометрическое давление Па.
Нормальное барометрическое давление .
Плотность паров среднего состава в укрепляющей части колонны рассчитываем по формуле
Плотность паров среднего состава в исчерпывающей части колонны рассчитываем по формуле
5.6 Расчет массовых расходов жидкости и пара
Массовый расход флегмы кгс вычисляем по формуле
=1273 216 = 2750 кгс
Средние массовые расходы жидкости в укрепляющей и исчерпывающей частях колонны и соответственно кгс определяем по зависимостям:
Массовый расход пара флегмы и дистиллята покидающих колонну кгс рассчитываем по формуле
Средние массовые расходы пара в укрепляющей и исчерпывающей частях колонны и и соответственно кгс определяем по следующим зависимостям:
5.7 Расчет объемных расходов жидкости и пара
Объемный расход паров флегмы и дистиллята при рабочих условии м3с рассчитываем по формуле
Для расчета средних объемных расходов пара в укрепляющей и исчерпывающей частях колонны и соответственно м3с используем зависимости:
Объемные расходы жидких питания дистиллята и кубового остатка и соответственно м3с определяют по формулам:
Объемный расход жидкой флегмы м3с определяем следующим образом:
Расчет средних объемных расходов жидкости в укрепляющей и исчерпывающей частях колонны и соответственно м3с осуществляем по следующим формулам:
5.8 Расчет динамической вязкости жидкостей
Средние значения динамической вязкости жидкости в укрепляющей и исчерпывающей частях колонны и соответственно Пас определяем по формулам:
Где и – динамическая вязкость жидких НК и ВК соответственно при Пас;
и – динамическая вязкость жидких НК и ВК соответственно при Пас;
Динамическая вязкость жидких НК и ВК при температуре Пас [1] с.246;
Динамическая вязкость жидких НК и ВК при температуре =6731 Пас [1] с.246;
6 Расчет рабочей скорости пара в ректификационной колонне и ее диаметра
6.1 Расчет рабочей скорости пара в колонне
Для ситчатых тарелок при межтарельчатых расстояниях от 300 до 700 мм расчетные рабочие скорости для укрепляющей и исчерпывающей частей колонны и соответственно мс определяем по следующим зависимостям:
где С - коэффициент мс.
Значение коэффициента С зависит от межтарельчатого расстояния hт м и определяется по графику [1] с.30. Принимаем hт =04 м тогда С = 0057.
6.2 Расчет диаметра ректификационной колонны
Расчетные диаметры укрепляющей и исчерпывающей частей колонны и соответственно м определяем по формулам:
Полученные расчетные диаметры отличаются несущественно 02 м поэтому за расчетный диаметр принимаем больший из них: Dр = н = 14999 м.
Действительный диаметр колонны Dk м принимаем ближайшим к Dp диаметр стандартизованного колонного тарельчатого аппарата [1] с.308
6.3 Действительная скорость пара в колонне
Действительные скорости пара в укрепляющей и исчерпывающей частях колонны и соответственно мс рассчитывают по следующим формулам:
6.4 Параметры тарелки
Для принятого значения ситчатая тарелка (тип 1 исполнение 2) имеет следующие параметры [1] с.324326:
- диаметр отверстий 0008 м;
- шаг отверстий в тарелке = 0018 м;
- относительное свободное сечение тарелки м2м2;
- высота сливного порога 003 м;
7 Расчет высоты ректификационной колонны
7.1 Расчет числа теоретических тарелок в укрепляющей и исчерпывающей частях колонны
Число теоретических тарелок в укрепляющей и исчерпывающей частях колонны Nт.в и Nт.н соответственно штук определим по методу Мак-Кэба и Тиле (построения на диаграмме х-у представлены на рисунке 4.15). Число теоретических тарелок в укрепляющей части колонны Nт.в = 905 штук число теоретических тарелок в исчерпывающей части колонны Nт.н = 491 штук..
Рисунок 4.15 – Определение числа теоретических тарелок в укрепляющей и исчерпывающей частях ректификационной колонны
7.2 Расчет средней эффективности тарелок в укрепляющей и исчерпывающей частях колонны
Среднюю эффективность ситчатых тарелок при ректификации в укрепляющей и исчерпывающей частях колонны соответственно оп-ределяем с помощью эмпирических зависимостей [1] с. 144-146:
где и - относительные летучести компонентов разделяемой смеси в укрепляющей и исчерпывающей частях колонны соответственно.
Величины и рассчитываем по формулам:
где и - давления насыщенных паров НК и ВК при температуре соответственно Па;
и - давления насыщенных паров НК и ВК при температуре соответственно Па;
Давления насыщенных паров НК и ВК при температуре и = [1] с. 270.
Давления насыщенных паров НК и ВК при температуре и
При длине пути жидкости на тарелке более 09 м следует откорректировать полученные значения и . Определим длину пути жидкости на тарелке м по формуле
При > 09 м корректировку полученных ранее значений и проводим по следующим зависимостям:
где и - откорректированные с учетом длины пути жидкости значения эффективности тарелки в укрепляющей и исчерпывающей часнях колонны
- коэффициент величина которого зависит от
Из графика зависимости
7.3 Расчёт числа тарелок в укрепляющей и исчерпывающей частях колонны
Число тарелок в укрепляющей и исчерпывающей частях колонны и соответственно штук рассчитываем по формулам:
Округлим полученные значения до целого в большую сторону и получим штук штук. Общее число тарелок ректификационной колонны N штук определяем следующим образом:
Руководствуясь указаниями по конструированию колонных аппаратов N принимаем чётным (при необходимости добавляем в укрепляющую часть одну тарелку)
Окончательно принимаем:
- число тарелок в укрепляющей части колонны = 17 штук;
- число тарелок в исчерпывающей части колонны =9 штук;
- общее число тарелок в колонне N = 26 штук;
- питающая тарелка 9 (снизу).
7.4 Расчет высоты тарельчатой части колонны
Принимаем что разделяемая смесь не содержит загрязненных сред поэтому максимальное количество тарелок в колонне при котором не требуется установка люков в ее тарельчатой части = 12 штук. Общее число тарелок в колонне N > поэтому необходима установка люков.
Число устанавливаемых люков штук и соответственно число увеличенных межтарельчатых расстояний под люки определяем следующим образом:
Полученный результат округляем до целого в большую сторону штуки.
Высоту тарельчатой части корпуса ректификационной колонны м рассчитываем по формуле
где - межтарельчатое расстояние в месте установки люка м.
По рекомендациям приведенным в каталоге [3] принимаем 08 м.
7.5 Расчет габаритной высоты ректификационной колонны
Габаритную высоту тарельчатой ректификационной колонны цельносварного исполнения рассчитываем по формуле
где и - высоты обечаек (цилиндрических участков) кубовой и сепарационной частей корпуса колонны соответственно м;
- высота эллиптического днища (крышки корпуса) колонны м;
- высота цилиндрической опоры м;
- высота штуцера для выхода паров флегмы и дистиллята в дефлегматор м;
- расстояние между плоскостями расположения сварных швов соединения днища с обечайкой корпуса и опоры с днищем м.
Для цельносварных тарельчатых колонных аппаратов диаметром от 10 до 36 м: ; ; ; ; [3].
Высоту эллиптического днища с отбортовкой м приближенно расчитываем по формуле
Расчетная габаритная высота колонны меньше максимально допустимой габаритной высоты стандартизированного цельносварного тарельчатого колонного аппарата которая при составляет 30 м [3].
8 Расчет гидравлического сопротивления ректификационной колонны
Общее гидравлическое сопротивление тарельчатой ректификационной колонны Па рассчитываем по зависимости
где - гидравлическое сопротивление орошаемой тарелки исчерпывающей части колонны Па;
- гидравлическое сопротивление орошаемой тарелки укрепляющей части колонны Па.
Гидравлическое сопротивление орошаемых тарелок рассчитываем по следующим формулам:
где и - гидравлические сопротивления сухих тарелок укрепляющей и исчерпывающей частей колонны соответственно Па;
и - гидравлические сопротивления обусловленные паро-жидкостными слоями на тарелках укрепляющей и исчерпывающей частей колонны соответственно Па;
и - гидравлические сопротивления обусловленные преодолением сил поверхностною натяжения па тарелках укрепляющей и исчерпывающей частей колонны соответственно Па.
8.1 Гидравлическое сопротивление сухих тарелок
Сопротивление сухих тарелок определяем с использованием формул:
где — коэффициент сопротивления сухой тарелки;
относительное свободное сечение тарелки м2м2.
Для ситчатых тарелок при от 010 до 020 м2м2 коэффициент сопротивления сухих тарелок рекомендуется принимать в пределах от 14 до 15 [1] с. 181. Принимаем = 14.
8.2 Гидравлическое сопротивление обусловленное парожидкостным слоем на тарелке
Для расчетов гидравлического сопротивления ситчатых тарелок в укрепляющей и исчерпывающей частях колонны обусловленного парожидкостным слоем используем следующие формулы:
где и - высота слоев светлой жидкости на тарелках укрепляющей и исчерпывающей частей колонны м.
Высоты светлых слоев жидкости и для ситчатых тарелок рассчитываем по следующим зависимостям:
где высота переливного порога тарелки м;
и поверхносное натяжение жидкостей средних составов при их средних температурах в укрепляющей и исчерпывающей частях колонны соответственно Нм;
поверхносное натяжение воды при температуре 20 Нм.
и поверхностное натяжение жидких НК и ВК соответственно при средней температуре жидкости в укрепляющей части колонны Нм;
и поверхностное натяжение жидких НК и ВК соответственно при средней температуре жидкости в исчерпывающей части колонны Нм;
Поверхностное натяжение жидких НК и ВК при температуре : [1] с. 250.
Поверхностное натяжение жидких НК и ВК при температуре
Поверхностное натяжение воды при температуре 20 [1] с. 250.
8.3 Гидравлическое сопротивление обусловленное силами поверхностного натяжения
Величины и рассчитываем по зависимостям:
где - эквивалентный диаметр отверстий или щелей для прохода пара м.
Для круглых отверстий ситчатых тарелок ( равен номинальному диаметру этих отверстий поэтому .
8.4 Гидравлическое сопротивление орошаемых тарелок
Гидравлическое сопротивление орошаемых тарелок в укрепляющей части колонны
Гидравлическое сопротивление орошаемых тарелок в исчерпывающей части колонны
8.5 Гидравлическое сопротивление ректификационной колонны
Общее гидравлическое сопротивление тарельчатой ректификационной колонны
9 Расчет штуцеров ректификационной колонны
Основными технологическими штуцерами ректификационной колонны являются:
- для входа питания штуцер К;
- входа флегмы штуцер И;
- выхода паров флегмы и дистиллята штуцер Л;
- выхода кубового остатка на циркуляцию в испарителе штуцер Н;
- выхода кубового остатка штуцер М.
9.1 Штуцер для входа питания
Расчетный диаметр штуцера для входа питания м определяем по формуле
где - рекомендуемая скорость жидкости в штуцере мс.
Объемный расход жидкого питания при рабочих условиях м3с. Рекомендуемая скорость принудительного движения маловязкой жидкости в напорных линиях насосов от 10 до 25 мс [1] с. 187. Принимаем .
Принимаем стандартный условный диаметр штуцера для входа питания .
9.2 Штуцер для входа флегмы
Расчетный диаметр штуцера для входа флегмы м определяем по формуле:
Объемный расход жидкого питания при рабочих условиях м3с. Рекомендуемая скорость принудительного движения маловязкой жидкости в напорных линиях насосов от 10 до 25 мс [1] с. 187. Принимаем
Принимаем стандартный условный диаметр штуцера для входа питания
9.3 Штуцер для выхода паров флегмы и дистиллята
Расчетный диаметр штуцера для выхода паров флегмы и дистиллята м определяем по формуле:
где - рекомендуемая скорость паров флегмы и дистиллята в штуцере мс.
Значение скорости определяем из условия что фактор паровой нагрузки в данном штуцере будет составлять от 8 до 15. При этом
Объемный расход паров флегмы и дистиллята через штуцер при рабочих условиях . Принимаем значение фактора паровой нагрузки в штуцере равным Тогда значение рекомендуемой скорости в штуцере для выхода паров флегмы и дистиллята из формулы (4.87).
Расчетный диаметр штуцера
Принимаем стандартный условный диаметр штуцера для выхода паров флегмы и дистиллята
9.4 Штуцер для выхода кубового остатка
Расчетный диаметр штуцера для выхода кубового остатка м определяем по формуле
Объемный расход жидкого питания при рабочих условиях
Рекомендуемая скорость принудительного движения жидкости в всасывающих линиях насосов от 03 до 05 мс [1] с. 187. Принимаем = 04 мс.
Принимаем стандартный условный диаметр штуцера для выхода кубового остатка = 80 мм.

четеж технолог. схемы.cdw

Колонна ректификационная
Аппарат теплообменный (дефлегматор)
Аппарат теплообменный (кипятильник)
Аппарат теплообменный (подогреватель)
Аппарат теплообменный (холодильник)
Вентиль регулирующий
Условное обозначение
Вода оборотная(подача)
Паро-жидкостная смесь
Вода оборотная(отвод)
Наименование среды в
Технологическая схема

Заключение.docx

В курсовой работе разработана тарельчатая ректификационная установка непрерывного действия для разделения бинарной смеси ацетон-этанол. Процесс проводится в вертикальной ректификационной установке. Высота тарельчатой части аппарата 10800 мм диаметр 1600мм. Используются ситчатые тарелки типа ТС-Р.
Для подогрева питания используется двухходовой кожухотрубчатый теплообменник с поверхностью теплопередачи 31 м2 диаметром кожуха D=400 мм с 166 трубами размером 20х2 и длиной L=4 м.
В связи с необходимостью испарения жидкости на рециркуляции выбран двухходовой теплообменник со следующими характеристиками: D=800 мм длиной 6 метров n=404 размер труб 25х2 и поверхностью теплопередачи 208 м2.
В качестве дефлегматора выбрал двухходовой кожухотрубчатый теплообменник с поверхностью теплопередачи 38 м2 диаметром кожуха D=800 мм с 690 трубами размером 20х2 и длиной L=4 м.
Для подачи смеси из закрытой емкости в теплообменник-подогреватель используем центробежный насос марки Х2031 мощностью N=10 кВт обеспечивающий напор Н =18 м.

5 вспомог.docx

5 Расчет и подбор вспомогательного оборудования
1 Расчет кожухотрубчатого конденсатора (дефлегматора)
Рассчитать и подобрать нормализованный вариант конструкции кожухотрубчатого конденсатора смеси паров органической жидкости (дефлегматора) для конденсации паров. Удельная теплота конденсации смеси кДжкг температура конденсации
tD = 571°С. Тепло конденсации отводится водой с начальной температурой .
Принимаем температуру воды на выходе из конденсатора . Средняя температура воды:
где t2Н и t2К – соответственно начальная и конечная температуры воды С
Тепловая нагрузка дефлегматора:
где - производительность колонны по дистилляту кгс;
R- флегмовое число колонны;
удельная теплота испарения дистиллята кДжкг.
где и удельная теплота испарения ацетона и этанола соответственно кДжкг;
массовая доля НК в дистилляте кгкг.
Удельная теплота испарения ацетона и этанола при tyD = 571°С [1] с. 265.
Расход воды считаем по формуле:
где ср - теплоемкость воды ср = 418 Дж(кг К). [1] c. 252.
Средняя разность температур:
tб = 321°С; tм = 131°С так как tб tм ≥ 2 то tср – определяется как средне логарифмическая между tб и tм по уравнению:
Ориентировочно принимаем значение коэффициента теплопередачи Кор = 800Вт(м·К) [5] с. 172.
Ориентировочные значение поверхности по уравнению:
В соответствии с ГОСТ 15119-79 [6] принимаем теплообменник со следующими характеристиками: Dкож=800 мм d=20×2 мм z=2 L=4 м F=173 м2 n=690.
Запас площади по уравнению
Так как выбранный теплообменник имеет запас площади 163% что меньше 40% но больше 10% то он выбран верно.
2 Расчет подогревателя исходной смеси
Произвести расчёт кодухотрубчатого теплообменника для нагрева исходной смеси от температуры t1н = 20 °C до t1к = 6224 °C. Греющий агент - пар температура греющего водяного насыщенного пара t2н=t2к=1196 °C
tб = 996°С; tм = 5736°С так как tб tм 2 то tср – определяется как среднеарифметическая между tб и tм по формуле (5.1):
Удельная теплоёмкость исходной смеси находим по формуле:
где и удельная теплоёмкость ацетона и этанола соответственно
массовая доля НК в исходной смеси кгкг.
Удельная теплоёмкость ацетона и этанола [1] c. 251.
Расход теплоты требуемой для подогрева исходной смеси до температуры кипения (6224 ºС) находим по уравнению:
Расход греющего пара в подогреватели исходной смеси рассчитаем по формуле:
где rгр.п. удельная теплота конденсации греющего пара при t = 1196 °C .; . [1] с. 265.
Принимаем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи[5] с. 172.
Ориентировочные значение поверхности по уравнению (5.6):
В соответствии с ГОСТ 15119-79 [6] принимаем теплообменник со следующими характеристиками: Dкож=400 мм d=20×2 мм z=2 L=4 м F=31 м2 n=166.
Запас площади по уравнению (5.7):
Так как выбранный теплообменник имеет запас площади 119% что меньше 40% но больше 10% то он выбран верно.
3 Расчет кожухотрубчатого теплообменника-испарителя
Рассчитать и подобрать нормализованный вид конструкции кожухотрубчатого испарителя ректификационной колонны с GW=1088 кгс паров раствора органической жидкости при температуре кипения
В качестве теплоносителя используем насыщенный водяной пар давлением P=2 атм =1967 кПа температурой конденсации t2к=t2н=1196°С.
Расход теплоты получаемой в кубе-испарителе от греющего пара по уравнению
где расход теплоты отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре-конденсаторе Дж ;
удельная теплоемкость исходной смеси кубового остатка и дистиллята соответственно Дж(кгК) ;
температура питания кубового остатка и дистиллята соответственно определяется по диаграмме t
тепловые потери (3% от полезно затрачиваемой теплоты) Вт.
Удельная теплоёмкость кубового остатка находим по формуле:
где массовая доля НК в кубовом остатке кгкг .
Удельная теплоёмкость ацетона и этанола при [1] c. 251.
Удельная теплоёмкость дистиллята находим по формуле:
где массовая доля НК в дистилляте кгкг .
Тепловая нагрузка аппарата QК = 2900 кВт.
Представим температурный режим теплообменника в виде схемы:
Средняя движущая сила:
Расход греющего пара в подогреватели исходной смеси рассчитаем по формуле (5.10)
Принимаем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи Кор=340 Вт(мК) [5] с. 172. Тогда ориентировочные значения площади теплообменника по уравнению (5.6)
В соответствии с ГОСТ 15118-79 [6] близкую к ориентировочной площади имеет кожухотрубчатый теплообменник с Dкож=800 мм d=25×2 мм F=208 м N=404z=2 L= 6 м.
Запас площади по уравнению (5.7)
Так как выбранный теплообменник имеет запас площади 175 % что меньше 40% но больше 10% то он выбран верно.
4 Расчет центробежного насоса
Подобрать центробежный насос для подачи исходной смеси в ректификационную колонну. По ходу движения исходной смеси стоит теплообменник в котором она нагревается от 20 С до температуры кипения. Объемный расход исходной смеси 32 м3с. Длина трубопровода на линии всасывания 10 м на линии нагнетания 15 м. Монтажная схема насоса приведена на рисунке 5.1.
Выбор трубопровода. Для всасывающего и нагнетательного трубопровода примем одинаковую скорость течения исходной смеси равную 2 мс [1] с. 187. Тогда диаметр по уравнению:
Выбираем стальную трубу наружным диаметром 57 мм толщиной стенок 35 мм [2] c. 6. Внутренний диаметр трубы d=50 мм. Фактическую скорость в трубе находим по уравнению:
Примем что коррозия трубопровода незначительна.
Определим потери на трение и местные сопротивления. Определим число Рейнольдса по уравнению:
где вязкость исходной смеси при tн = 20°С .
где вязкости НК и ВК при tн = 20°С ; [1] c. 246.
Плотность исходной смеси рассчитаем по формуле:
где плотности НК и ВК при tн = 20°С ; [1] c. 241.
Режим течения смеси турбулентный. Примем абсолютную шероховатость равной м.
Рассчитаем относительная шероховатость по уравнению:
Так как Re560 то коэффициент трения рассчитывается по уравнению:
Определим сумму коэффициентов местных сопротивлений.
Для всасывающей линии:
)вход в трубу (принимаем с острыми краями): ;
)два прямоточных вентиля: для d=50 мм ;
)два поворот на 90о .
Сумма коэффициентов местных сопротивлений во всасывающей линии:
Потерянный напор во всасывающей линии находим по формуле
где l - длина трубопровода на линии всасывания м.
g - ускорение свободного падения мс2. g = 981 мс2
Для нагнетательной линии:
) три поворота на 90 о: ;
) два выхода из трубы: .
Сумма коэффициентов местных сопротивлений в нагнетательной линии по формуле (5.19)
Потерянный напор в нагнетательной линии по уравнению (5.22)
Общие потери напора:
Находим потребный напор насоса по уравнению:
где – геометрическая высота подъёма жидкости (принимаем 9 м).
Такой напор при заданной производительности обеспечивается одноступенчатыми центробежными насосами.
Полезную мощность насоса определим по формуле:
Принимаем [4] найдем мощность на валу двигателя по уравнению:
где коэффициент полезного действия насоса
коэффициент полезного действия передачи от электродвигателя к насосу.
Заданным подаче и напору более всего соответствует центробежный насос марки Х2031 для которого при оптимальных условиях работы V=55×10-3 м3с Н=18м . Насос обеспечен электродвигателем АО2-41-2 номинальной мощностью 10 кВт . [4] c.38.
Запас напора на кавитацию находим по уравнению: