Расчет Конденсатора - дефлегматора

теплообменник.cdw

Аппарат подлежит действию правил Госгортехнадзора РФ.
испытании и постановке аппарата должны
выполнятся требования:
а) ГОСТ 12.2.003-74 "Оборудование производственное.
Общие требования безопасности";
б) ГОСТ 26-291-73 "Сосуды и аппараты стальные сварные.
Технические требования".
Материал деталей аппарата
соприкасающихся с этанолом
сталь Х18Н10Т ГОСТ 5632-72
остальных-ст 3 ГОСТ 380-41.
Материал прокладок-паронит ПОН-1 ГОСТ 481-80.
Аппарат испытать на прочность и плотность гидравличуски
в горизонтальном положении под давлением:
а) Междутрубное пространство-03 МПа;
б) Трубное пространство-0
Сварные соединения должны соответствовать требованиям
ГОСТ 26-01-82-77 "Сварка в химическом машиностроении".
Сварные швы в объеме 100% контролировать
рентгенопросвечиванием.
Размеры для справок.
Чертеж разработан на основании ГОСТ 15122-79.
Поверхность теплообмена
ВлГУ.КП.240304.827.26.
Технологические требования
Соединение с атмосферой
Схема расположения штуцеров и опор
ВлГУ.КП.240304.827.26.ВО

Технологическая схема.cdw

ВлГУ.КП.240304.827.26.08.Т3
Вентиль Регулировочный
Условное обозначение
Вода оборотная (подача)
Колонна ректификационная

исправлен окончательно.ПЗ..doc

Федеральное агентство по образованию РФ
Государственное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
Владимирский государственный университет
Кафедра химической технологии стекла и керамики
по дисциплине: «Процессы и аппараты химической технологии»
на тему: «Расчет дефлегматора»
Лабутин Виктор Алексеевич
В данном курсовом проекте произведен расчет конденсатора-дефлегматора для конденсации смеси паров этанола и воды определено гидравлическое сопротивление по линии подачи воды и подобран насос для ее подачи. К пояснительной записке прилагаются чертежи технологической схемы процесса конденсации и общего вида теплообменника.
Технологическая схемастр.8
1. Исходные данныестр.9
2.1.Свойства конденсируемой паровой смеси и конденсатастр.8
2.2.Физико-химические свойства охлаждающей воды при
средней температурестр.11
3.Расчёт и выбор конденсаторастр.12
4.Расчёт гидравлического сопротивления конденсаторастр.17
5.Расчёт и выбор насосастр.18
Список литературыстр.24
Перенос энергии в виде тепла происходящий между телами имеющими разную температуру называется теплообменом [4]. Движущей силой любого процесса теплообмена является разность температур между более нагретым и менее и нагретым телами при наличии которой тепло самопроизвольно в соответствии со вторым законом термодинамики переходит от более нагретого к менее нагретому телу. Теплообмен между телами представляет собой обмен энергией между молекулами атомами и свободными электронами; в результате теплообмена интенсивность движения частиц более нагретого тела снижается а менее нагретого - возрастает.
Теплопередача - наука о процессах распространения тепла. Законы теплопередачи лежат в основе тепловых процессов - нагревания охлаждения конденсации паров выпаривания — и имеют большое значение для проведения многих массообменных процессов а также реакционных процессов химической технологии протекающих с подводом или отводом тепла.
В химической промышленности широко распространены тепловые процессы нагревание и охлаждение жидкостей и газов и конденсация паров которые проводятся в теплообменных аппаратах (теплообменниках).
Теплообменниками называют аппараты предназначенные для передачи тепла от одних веществ другим. Вещества участвующие в процессе передачи тепла называются теплоносителями. Теплоносители имеющие более высокую температуру чем нагреваемая среда и отдающие тепло принято называть нагревающими агентами а теплоносители с более низкой температурой чем среда от которой они воспринимают тепло - охлаждающими агентами.
В качестве охлаждающих агентов для охлаждения до обыкновенных температур (10-30 °С) применяют в основном воду и воздух.
Конденсация пара может быть осуществлена путем охлаждения пара или путем охлаждения и сжатия одновременно. По способу охлаждения различаю конденсаторы смешения и поверхностные конденсаторы.
В конденсаторах смешения пар непосредственно соприкасается с охлаждаемой водой и получаемый конденсат смешивается с последней конденсацию в таких аппаратах обычно проводят в тех случаях когда конденсируемые пары не представляют ценности. При этом для улучшения теплообмена между водой и паром поверхность соприкосновения между ними увеличивают путем распределения воды в паровом пространстве в виде капель струек и т.д.
В поверхностных конденсаторах тепло отнимается от конденсирующего пара через стенку. Наиболее часто пар конденсируется на внешних или внутренних поверхностях груб омываемых с другой стороны водой или воздухом. Таким образом получаемый конденсат и охлаждающий агент отводят из конденсатора раздельно и конденсат если он представляет ценность может быть использован.
Так поверхностные конденсаторы зачастую применяют в тех случаях когда сжижение и охлаждение конечного продукта получаемого например в виде перегретого пара является завершающей операцией производственного процесса.
Вместе с тем поверхностные конденсаторы более металлоемки чем конденсаторы смешения а следовательно более дороги и требуют больших расходов охлаждающего агента. Последнее объясняется тем что стенка разделяющая участвующие в теплообмене среды оказывает добавочное термическое сопротивление. Это вызывает необходимость повышения средней разности температур.
В качестве поверхностных конденсаторов наиболее часто применяют трубчатые и оросительные холодильники-конденсаторы
Расчет дефлегматора мы ведем в следующей последовательности:
Определение теплового потока (тепловой нагрузки аппарата) т.е. количества тепла Q которое должно быть передано за определенное время (в непрерывно действующих аппаратах за 1 сек или за 1 час в периодически действующих - за одну операцию) от одного теплоносителя к другому. Тепловой поток вычисляется путем доставления и решения тепловых балансов.
Определение поверхности теплообмена F аппарата обеспечивающей передачу требуемого количества тепла в заданное время. Величина поверхности теплообмена определяется скоростью теплопередачи зависящей от механизма передачи тепла теплопроводностью конвекцией излучением и их сочетанием друг с другом. Поверхность теплообмена находят из основного уравнения теплопередачи.
На рис.1 представлена технологическая схема конденсации паровой смеси. Паровая смесь из ректификационной колонны подается в конденсатор-дефлегматор (Д) где происходит ее конденсация. Из конденсатора дистиллят подается в распределитель (Р) откуда одна часть конденсата направляется обратно в колонну а другая направляется в холодильник (X) для дальнейшего охлаждения. Охлажденный дистиллят из холодильника подается в емкость готового продукта (Е). Для конденсации паро-газовой смеси и охлаждения конденсата используется холодная вода подаваемая из емкости (Е) с помощью центробежного насоса (Н2). Вода из конденсатора и холодильника направляется на охлаждение и затем повторно используется.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА.
Рис.1 Технологическая схема.
КР- ректификационная колонна;D1- дистиллят;D2- пары дистиллята ;Д- дефлегматор; Х- холодильник; Т7- пар; Т8- конденсат; Н1-2- насосы; ВР- вентиль регулировочный; ВЗ – вентиль заглушка.
Расход паров (Gконд.) 140 тч или 38 кгс;
Охлаждаемая смесь паров: этанол-вода;
Массовая концентрация легколетучего компонента в паре: 987%;
Начальная температура охлаждающей воды: 20 .
2.1. Свойства конденсируемой паровой смеси и конденсата.
Температура конденсации [1 3]:
tконд=x1t1+(1-x1)t2=0987*783+(1-0987)100=
Теплота конденсации паровой смеси [3]: для расчетной температуры представлены в табл. 1
Теплота конденсации паровой смеси.
Теплопроводность конденсата [3] представлена в табл. 2
Теплопроводность конденсата
Плотность конденсата [2] представлена в табл. 3
Плотность конденсата
Вязкость конденсата [2] представлена в табл.4
2.2. Физико – химические свойства охлаждающей воды при средней температуре
Принимаем температуру воды на выходе из конденсатора равную 35 . Тогда:
Физико – химические свойства воды при 27 : Таблица 5
3. Расчет и выбор конденсатора
Тепловая нагрузка аппарата [1]:
где - теплоемкость воды
Средняя разность температур рассчитывается согласно схеме [2.1]:
Выбор аппарата расчет коэффициента теплопередачи:
В соответствии с табл. 2.1 [1.стр. 47 ] примем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи . Ориентировочное значение поверхности равно [1]:
Задаваясь числом определим соотношение nz для конденсатора из труб с наружным диаметром с толщиной стенок . [1]:
где n – общее число труб;
- число ходов по трубному пространству;
- внутренний диаметр труб м;
В соответствии с табл. 2.9 [1 стр. 57] примем аппарат со следующими параметрами:
- Диаметр кожуха 600 мм;
-Общее число труб 261;
- Поверхность теплообмена 122;
Проверяем число равно:
Определяем коэффициент теплопередачи к воде из следующего уравнения:
где - критерий Нуссельта;
- критерий Прандля рассчитанный при температуре стенки;
где - теплопроводность воды
Тогда пренебрегая поправкой :
Коэффициент теплопередачи от пара конденсирующегося на пучке горизонтально расположенных труб определяем по уравнению [1]:
Сумма теоретических сопротивлений стенки труб и загрязнений со стороны воды и пара вычисляется согласно уравнению [1]:
где - теплопроводность стенки трубы;
и среднее значение тепловой проводимости загрязнений стенок соответственно со стороны паров конденсата и охлаждающей воды.
Принимаем следующее значение теплопроводностей [2]:
Коэффициент теплопередачи рассчитывается по формуле [1]:
Требуемая поверхность теплопередачи:
Произведем уточненный расчет коэффициента теплопередачи к воде и пару принимая во внимание поправку и .
Температуру стенки трубы с обеих сторон вычислим по формуле [1]:
Физико – химические свойства воды на стенке при [2] представлены в табл. 6
Физико – химические свойства воды на стенке при
где - соответственно теплоемкость воды вязкость воды и теплопроводность воды при температуре стенки трубы.
Теплопроводность конденсата для расчетной температуры [3] представлены в табл. 7
Теплопроводность конденсата для расчетной температуры
Вязкость конденсата для расчетной температуры [3]
представлена в табл. 8
Вязкость конденсата для расчетной температуры
с учетом этого коэффициента
Принимая в расчет полученные данные рассчитаем уточненные коэффициент теплопередачи и требуемую площадь поверхности теплопередачи:
Вывод: Принятый нами теплообменник подходит с запасом.
4. Расчет гидравлического сопротивления конденсатора
Расчет гидравлического сопротивления конденсатора в трубном пространстве производится по формуле [1]:
где - коэффициент трения в трубах;
и - скорость воды в трубах конденсатора и штуцерах соответственно.
Скорость воды в трубах [1] равна:
где - относительная шероховатость труб;
- высота выступов шероховатостей (= 02мм).
Скорость воды в штуцерах [1] равна:
Принимаем - диаметр штуцеров для подачи воды [1 стр. 55] из таблицы штуцеров для нормализованных теплообменников для нашего дефлегматора = 200мм (02м)
Тогда гидравлическое сопротивление дефлегматора составит:
5. Расчет и выбор насоса
1. Исходные данные для всасывающей линии:
Температура перекачиваемой воды: 20
Расход воды (увеличиваем в трое): 6195кгс
Длина трубопровода на линии всасывания (l): 30м
Вход в трубу (принимаем с острыми краями): 1
Вентиль прямоточный:1
2. Расчет всасывающей линии
Рассчитаем объемный расход охлаждающей воды беря из таблицы плотность воды при 20 равную 998 [2]:
Выбираем скорость трубопровода равную [2] : .Тогда внутренний диаметр трубопровода будет: . Выбираем трубу для всасывающей линии со следующими параметрами [1]: наружный диаметр толщина стенки.
Фактическая скорость воды в трубе:
Принимая что коррозия трубопровода незначительна произведем определение потерь на трение и местные сопротивления.
Примем абсолютную шероховатость [2] () равной 02 мм тогда относительная шероховатость составит:
Берём из таблицы вязкость воды при 20 равную 1000 получаем :
т.е. режим турбулентный.
В турбулентном режиме различают три зоны для которых коэффициент трения () рассчитывают по разным формулам [1]:
- зону гладкого трения
- зону смешанного трения
- зону автомодельной по отношению к Re
Т.к. 10e = 10350 560e = 57960 то. Следовательно в трубопроводе имеет место смешанное трение и расчет коэффициента трения следует проводить по формуле [1]:
Определяем сумму коэффициентов местных сопротивлений [1]:
Вход в трубу (принимаем с острыми краями):
Вентиль прямоточный:
Потерянный напор во всасывающей линии находим по формуле: [1]
1. Исходные данные для нагнетательной линии
Длина трубопровода на линии нагнетания:50м
Вентиль прямоточный: 2
Тройник (поток выходит из магистрали):1
Тройник (поток входит в магистраль): 1
Внезапное сужение (выходные отверстия конденсатора): 3
Внезапное расширение (входные отверстия конденсатора): 3
Собственное гидравлическое сопротивление конденсатора: 3
Геометрическая высота подъема воды: 20м
1. Расчет нагнетающей линии
Трубу для нагнетающей линии берем такую же как для всасывающей линии:
наружный диаметр толщина стенки.
Т.к. 10e = 10350 560e = 579600 то. Следовательно в трубопроводе имеет место смешанное трение и расчет коэффициента трения следует проводить по формуле [1]:
Тройник (поток выходит из магистрали):
Тройник (поток входит в магистраль):
Внезапное сужение (выходные отверстия конденсатора):
Внезапное расширение (входные отверстия конденсатора):
Потерянный напор на нагнетающей линии находим по формуле: [1]
Общие потери напора:
Найдем потерянный напор насоса по формуле [1]:
где - давление в аппарате из которого перекачивается жидкость Па;
- давление в аппарате в который подается жидкость Па;
- геометрическая высота подъема жидкости м. вод. ст. ;
- суммарные потери во всасывающих и нагнетательных линиях м. вод. ст. ;
Н = 20+478 = 2478 м. вод. ст.
Полезную мощность насоса определим по формуле [1]:
Мощность которую должен развивать электродвигатель насоса на выходном валу при установившемся режиме работы находят по формуле [1]:
где и - коэффициенты полезного действия соответственно насоса и передачи от электродвигателя к насосу. Где для центробежных и осевых насосов т.к. вал электродвигателя непосредственно соединяется с валом насоса; тогда
По приложению 1. табл. 1 [1] устанавливаем что заданным подачи и напору более всего соответствует насос со следующими характеристиками:
- Марка насоса: Х9033;
- Объемный расход подаваемой жидкости: 0025;
- Напор насоса: 25 м. вод. ст. ;
- К.П.Д. насоса: 07;
- Тип электродвигателя: АО2- 71- 2;
- Мощность электродвигателя: 23 кВт;
- К.П.Д. двигателя: 089.
Вывод: Выбранный нами электродвигатель подходит с запасом.
Мы рассчитали конденсатор – дефлегматор для конденсации паров бензол – толуол с расходом паров (). Был выбран по расчету дефлегматор удовлетворяющий заданным параметрам с запасом 22%. Рассчитано гидравлическое сопротивление дефлегматора и трубопровода для подачи воды. Выбран режим подачи воды и удовлетворяющий расчетам насос с запасом мощности 9%.
Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию. Под ред. Дытнерского Ю.И. М.: Химия. – 1991.- 496 с.
Павлов К.Ф. Романков П.Г. Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии С – Пт.: Химия. – 1987. – 576 с.
Варгафтик Н.Б. Справочник по тепло – физическим свойствам газрв и жидкостей. М.: Наука. – 1972. 720с.
Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. – М.: Химия. – 1973. 754 с.