Проектирование ректификационной установки

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

"Санкт-Петербургский государственный технологический институт

(Технический университет)"

УГНС 240000 Химическая и биотехнология

Специальность 240403.65 - Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов

Факультет механический

Кафедра процессов и аппаратов

Курсовой проект

Тема: "Проектирование ректификационной установки"

Учебная дисциплина: "Процессы и аппараты химической технологии"

Выполнил: студент Суханова М.А.

Курс 3 Группа 2403

Руководитель: доцент Банных О.П.

Санкт-Петербург - 2013 год

Содержание

Введение

1. Аналитический обзор

2. Основная часть

2. Инженерные расчёты

3.1 Материальный баланс колонны и рабочее флегмовое число

3.2 Расчёт средних физических величин для смеси

3.3 Скорость пара и диаметр колонны

3.4 Гидравлический расчёт тарелок

3.4.1 Гидравлическое сопротивление тарелок

3.4.2 Высота светлого слоя жидкости на тарелке и брызгоунос

3.5 Определение эффективности тарелок

3.5.1 Числа переноса по газовой фазе

3.5.2 Числа переноса по жидкой фазе

3.5.3 Локальная эффективность тарелки

3.6 Определение числа тарелок, высоты и гидравлического сопротивления колонны

3.7 Тепловой баланс ректификационной колонны

3.8 Приближённый расчёт теплообменной аппаратуры

3.8.1 Куб-испаритель

3.8.2 Холодильник кубового остатка

3.8.3 Дефлегматор

3.8.4 Холодильник дистиллята

3.9 Подробный расчёт подогревателя исходной смеси

Выводы по курсовой работе

Список использованной литературы

Введение

Ректификация - один из наиболее распространённых методов разделения жидких однородных смесей, состоящих из двух или более компонентов, позволяющий получать продукты достаточно высокой чистоты. Её сущность заключается в многократном контакте жидкой и парообразной фаз. В ходе контакта происходит частичное испарение преимущественно низкокипящего компонента с одновременной конденсацией пара высококипящего компонента. Такой взаимный обмен потоков позволяет получить в виде пара практически чистым более легколетучий компонент. Этот пар конденсируется в дефлегматоре, часть полученного конденсата и является в большинстве случаев конечным продуктом (дистиллят), а другая часть конденсата (флегма), подаётся в колонну для её орошения и окончательного обогащения пара.

Ректификация осуществляется в промышленных установках - ректификационных колоннах. Наиболее широко применяются колонны непрерывного действия (они имеют ряд преимуществ перед периодическими колоннами при большом тоннаже производства), проектированию которой и посвящена данная работа.

Описанный процесс может проводиться при атмосферном, избыточном давлении или под вакуумом.

Разделение умеренно летучих веществ ведётся при атмосферном давлении, так как при этом используется наиболее простое в эксплуатации оборудование, не требуются дополнительные затраты на создание особых условий и обеспечения герметичности. В качестве теплоносителей при этом используют водяной пар, воду и воздух.

Для разделения легколетучих веществ необходимо повышенное давление, чтобы для охлаждения дефлегматора использовать воду и не применять дорогое искусственное охлаждение рассолом. Кроме того, это снижает металлоёмкость установки вследствие уменьшения диаметра колонны при меньшем объёмном расходе пара и даже позволяет проводить процесс для веществ, находящихся в газообразном состоянии при обычных условиях.

Труднолетучие вещества разделяют под вакуумом, для избегания их термического разложения, увеличения относительной летучести компонентов смеси и для обогрева куба-испарителя позволяет использовать водяной пар, а не дорогие высокотемпературные теплоносители.

Для понижения температуры процесса, а также для увеличения выделения легколетучих компонентов используются процессы ректификации в токе инертного носителя: насыщенного водяного пара, перегретого пара, газа.

Разделение азеотропных или близкокипящих смесей выполняется специальными видами ректификации - экстрактивной и азеотропной.

Задание по проекту. Спроектировать ректификационную установку для непрерывного разделения смеси ацетон-метанол под атмосферным давлением:

1. Колонна с решётчатыми тарелками.

2. Производительность установки по исходной смеси 8,5 т/ч.

3. Концентрация легколетучего компонента в исходной смеси 30 % масс.

4. Концентрация легколетучего компонента в дистилляте 80 % масс.

5. Концентрация легколетучего компонента в кубовом остатке 2 % масс.

6. Температура исходной смеси 10 ⁰С.

7. Температура охлаждающей воды меняется с 10 до 25 ⁰С.

8. Готовые продукты охлаждаются до 20 ⁰С.

9. Температуру греющей воды меняется с 85 до 35 ⁰С.

Подробный расчет ректификационной колонны и водяного подогревателя (режим течения теплоносителей - турбулентный). Куб-испаритель, дефлегматор, холодильники дистиллята и кубового остатка рассчитать приближённо.

Сделать чертеж общего вида подогревателя и эскиз технологической схемы установки.

1. Аналитический обзор

Процессы ректификации осуществляются периодически или непрерывно при различных давлениях: при атмосферном, под вакуумом (для разделения смесей высококипящих веществ), а также под давлением больше атмосферного (для разделения смесей, являющихся газообразными при нормальных температурах).

Непрерывно действующие установки. Ректификационная колонна имеет цилиндрический корпус, внутри которого установлены контактные устройства в виде тарелок или насадки. Снизу вверх по колонне движутся пары, поступающие в нижнюю часть аппарата из куба испарителя, который находится вне колонны, т.е. является выносным. С помощью кипятильника создается восходящий поток пара. Пары конденсируются в дефлегматоре, охлаждаемой водой, и получаемая жидкость разделяется в делителе на дистиллят и флегму, которая направляется на верхнюю тарелку колонны. С помощью дефлегматора в колонне создается нисходящий поток жидкости. Жидкость, поступающая на орошение колонны (флегма), представляет собой почти чистый низкокипящий компонент. Однако, стекая по колонне и взаимодействуя с паром, жидкость обогащается высококипящим компонентом, конденсирующимся из пара. Когда жидкость достигает нижней тарелки, она становится практически чистым высококипящим компонентом и поступает в куб-испаритель, обогреваемый глухим паром. На некотором расстоянии от верха колонны, к жидкости из дефлегматора присоединяется исходная смесь, которая поступает на питающую тарелку колонны. Питающая тарелка как бы делит колонну на две части, имеющие различное назначение. В верхней части (от питающей до верхней тарелки) должно быть обеспечено возможно большее укрепление паров, т.е. обогащение их низкокипящим компонентом с тем, чтобы в дефлегматор направлялись пары, близкие по составу к чистому низкокипящему компоненту. ректификационная установка проектный непрерывное

В нижней части (от питающей до нижней тарелки) необходимо в максимальной степени удалить из жидкости низкокипящий компонент, т.е. исчерпать жидкость для того, чтобы в кипятильник стекала жидкость, близкая по составу к чистому высококипящему компоненту. Эта часть колонны называется исчерпывающей.

В дефлегматоре конденсируются все пары, поступающие из колонны. И часть конденсата, остающаяся после отделения флегмы, представляет собой дистиллят или верхний продукт, который после охлаждения в холодильнике направляется в сборник дистиллята.

Периодически действующие установки. В производствах небольшого масштаба используют ректификационные установки периодического действия. Исходную смесь загружают в куб, снабженный нагревательным устройством. Смесь подогревается до кипения и ее пары поступают на нижнюю тарелку ректификационной колонны. Поднимаясь по колонне, пары обогащаются низкокипящим компонентом, которым обедняется стекающая вниз флегма, поступающая из дефлегматора на верхнюю тарелку колонны. Пары из колонны направляются в дефлегматор, где они полностью конденсируются. Затем жидкость разделяется с помощью делителя на флегму и дистиллят. Конечный продукт (дистиллят) охлаждается в холодильнике и направляется в сборники. После того как достигнут заданный состав остатка в кубе (об этом судят по температуре кипения жидкости в нем) остаток сливают, загружают куб исходной смесью и операцию повторяют.

2. Основная часть

Рис. Принципиальная схема ректификационной установки: 1 - ёмкость для исходной смеси; 2, 9 - насосы; 3 - теплообменник-подогреватель; 4 - куб - испаритель; 5- ректификационная колонна; 6 - дефлегматор; 7- холодильник дистиллята; 8 - ёмкость для сбора дистиллята; 10 - холодильник кубового остатка; 11 - ёмкость для кубового остатка

Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кубе - испарители 4. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка х_W, т.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 х_d, получаемой в дефлегматоре 6 путем конденсации пара, выходящего из колонны. Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения - дистиллята, который охлаждается в теплообменнике 7 и направляется в промежуточную емкость 8.

Из кубовой части колонны непрерывно выводится кубовая жидкость - продукт, обогащенный труднолетучим компонентом, который охлаждается в теплообменнике 10 и направляется в емкость 11.

Таким образом, в ректификационной колонне осуществляется непрерывный неравновесный процесс разделения исходной бинарной смеси на дистиллят (с высоким содержанием легколетучего компонента) и кубовый остаток (обогащенный труднолетучим компонентом).

3. Инженерные расчёты

3.1 Материальный баланс колонны и рабочее флегмовое число

Производительность колонны по кубовому остатку и дистилляту определим из уравнений материального баланса колонны:

.

Отсюда находим:

.

Мольные доли ацетона в исходной смеси, в кубовом остатке и дистилляте:

.

.

Расход кубового остатка и дистиллята:

.

.

Нагрузки ректификационной колонны по пару и жидкости определяются рабочим флегмовым числом R. Минимальное флегмовое число Rmin определяем по формуле:

.

где и - мольные доли легколетучего компонента соответственно в исходной смеси и дистилляте; - концентрация легколетучего компонента в паре, находящемся в равновесии с исходной смесью.

, согласно [1, c. 5].

.

Рабочее флегмовое число:

.

.

Относительный мольный расход питания:

.

Уравнения рабочих линий:

а) верхней (укрепляющей) части колонны:

.

.

б) нижней (исчерпывающей) части колонны:

.

.

3.2 Расчёт средних физических величин для смеси

Средние мольные доли ацетона по колонне:

.

.

Средние мольные массы жидкости в верхней и нижней части колонны:

.

.

Средние массовые доли ацетона в нижней и в верхней части колонны:

.

.

Мольные массы исходной смеси и дистиллята:

.

.

Средние массовые расходы жидкой фазы:

.

.

Средние мольные доли паров ацетона по колонне (определяется по уравнениям рабочих линий):

.

.

Средние мольные массы паров в верхней и нижней части колонны:

.

.

Средние массовые потоки пара в верхней и нижней части колонны:

.

.

Средние температуры пара (определяем по диаграмме t - y), согласно [1, c. 5]:

при .

при .

Плотность пара по колонне:

.

.

.

Вязкость паровой фазы по колонне:

.

- средняя концентрация паров; - средние мольные массы паров,

Вязкости находим согласно [2, c.9]:

.

.

.

.

.

.

Средние температуры жидкой фазы по колонне (определяем по диаграмме t - x), согласно [1, c.5]:

при .

при .

Плотность жидкой смеси в колонне, согласно [2, c.4]:

.

.

.

.

.

.

Вязкости жидкой смесей находим по уравнению, [2, c.5]:

.

.

.

.

.

.

.

Поверхностное натяжение жидкой смеси, [2, c.10]:

.

.

.

.

.

.

Коэффициент диффузии в паровой фазе:

.

где T - средняя температура в соответствующей части колонны, К; и - мольные объемы компонентов в жидком состоянии при температуре кипения .

Мольные объемы компонентов находим как сумму атомных объемов, согласно [3, c. 8]:

.

.

.

.

Коэффициент диффузии для жидкости при 20 °С:

.

где A=1, B=2 - коэффициенты, зависящие от свойств растворенного вещества и растворителя, согласно [3, c. 8].

Вязкость смеси при температуре 20 °С:

, .

.

.

.

.

Коэффициент диффузии в жидкости при средней температуре:

.

Температурный коэффициент b определим по формуле:

,

где и принимают при температуре 20 °С.

, .

.

.

.

.

.

.

3.3 Скорость пара и диаметр колонны

Максимально предельная рабочая скорость пара в колоннах с решётчатыми тарелками, согласно [4, с. 8]:

,

где - предельная рабочая скорость пара, м/с;

- массовые потоки жидкости;

- плотности жидкой смеси;

- плотности паровой фазы;

- вязкость жидкости;

- расход паровой фазы;

- относительное свободное сечение тарелки (здесь это значение принимается равным 0,2);

- эквивалентный диаметр щели (здесь это значение равно 0,012);

В - коэффициент, равный 2,95 для нижнего предела и 10 для верхнего предела, (здесь он принимается равным 8);

g=9,81 - ускорение свободного падения;

- вязкость воды при температуре 20 °С.

.

.

Рабочая скорость пара в колонне принимается на 20 % ниже предельной, согласно [4, с. 8]:

.

.

.

Диаметр колонны, согласно [4, с. 8]:

.

..

Выберем стандартный диаметр обечайки колонны .

По каталогу [5, с. 224]для колонны диаметром 1,4 м выбираем решётчатую тарелку типа ТР со следующими конструктивными размерами:

Диаметр	1,4 м
Шаг щелей	18 мм
Свободное сечение тарелки	0,17
Расстояние между тарелками	0,4 м

Уточнённая скорость пара в колонне, согласно [5, с. 238]:

.

.

.

Скорость газа в щелях тарелки, согласно [5, с. 9]:

.

.

.

Уточнение коэффициента В, согласно [4, с. 8]:

.

значение коэффициента должно находиться в интервале от 2,95 до 10.

.

.

3.4 Гидравлический расчёт тарелок

3.4.1 Гидравлическое сопротивление тарелок

Для решётчатых тарелок гидравлическое сопротивление считается по следующим соотношениям, согласно [4, с. 8,9,10]:

- доля площади, занятой истекающей жидкостью;

- безразмерный комплекс;

,

,

- гидравлическое сопротивление тарелки; =1,4 - коэффициент сопротивления сухой тарелки; =0,62 - коэффициент истечения жидкости; - скорость газа в щелях тарелки; - поверхностное натяжение жидкости, - плотность паровой фазы.

Расчёт безразмерного комплекса:

.

.

Расчёт доли площади, занятой стекающей жидкостью:

.

.

Гидравлическое сопротивление тарелки:

.

.

.

.

.

.

3.4.2 Высота светлого слоя жидкости на тарелке и брызгоунос

- паросодержание барботажного слоя, согласно [4, с. 9]:

- свободное сечение тарелки;

- оптимальный критерий Фруда;

и - коэффициенты;

- безразмерный комплекс;

- плотность орошения;

- площадь сечения колонны;

- высота газожидкостного слоя на тарелке;

- скорости газа в свободном сечении тарелки;

- массовый поток жидкости, - плотность жидкой смеси;

- высота светлого слоя жидкости на тарелке;

- поправочный коэффициент;

- высота сепарационного пространства;

- плотности паровой фазы;

- брызгоунос.

Плотность орошения (приведённая скорость жидкости):

.

.

Расчёт безразмерного комплекса С:

.

.

Расчёт оптимального критерия Фруда:

.

.

Высота газожидкостного слоя:

.

.

Паросодержание барботажного слоя :

.

.

Высота светлого слоя жидкости:

.

.

Высота сепарационного пространства:

=0,4 м - выбранное расстояние между тарелками.

.

.

Расчёт поправочного коэффициента k:

.

.

Расчёт брызгоуноса:

.

Как видно, оба параметра удовлетворяют условию .

3.5 Определение эффективности тарелок

3.5.1 Числа переноса по газовой фазе

Коэффициент массоотдачи по газовой фазе считается по соотношениям, согласно [4, с. 16]:

,

- диффузионный критерий Прандтля,

- критерий Вебера,

- критерий Рейнольдса для паровой смеси,

- диффузионный критерий Нуссельта.

- коэффициент диффузии по газовой фазе, - вязкость паровой фазы, - поверхностное натяжение жидкости, - плотность паровой фазы, - плотность жидкой смеси.

Диффузионный критерий Прандтля:

.

.

Критерий Вебера:

.

.

Критерий Рейнольдса для паров смеси:

.

.

Диффузионный критерий Нуссельта для паров смеси:

.

.

Коэффициент массоотдачи:

.

.

Числа переноса по газовой фазе:

.

.

.

3.5.2 Числа переноса по жидкой фазе

Число переноса в жидкой фазе, согласно [4, с. 16]:

,

где: - плотность орошения жидкости, - коэффициент диффузии жидкости,

- диффузионный критерий Пекле.

Расчёт диффузионного критерия Пекле:

.

.

Числа переноса по жидкой фазе:

.

.

3.5.3 Локальная эффективность тарелки

Общие числа переноса в верхней и нижней части колонны, согласно [4, с. 14]:

.

По диаграмме "Равновесное состояние жидкости и пара" определяем коэффициенты распределения нижней и верхней частей колонны:

- тангенс угла наклона касательной к равновесной линии в верхней части колонны при среднем мольном составе по легколетучему компоненту;

- тангенс угла наклона касательной к равновесной линии в нижней части колонны при среднем мольном составе по легколетучему компоненту;

- тангенс угла наклона верхней рабочей линии;

- тангенс угла наклона нижней рабочей линии.

.

.

Локальная эффективность тарелки:

.

.

.

3.6 Определение числа тарелок, высоты и гидравлического сопротивления колонны

Число тарелок определяем с помощью ЭВМ:

Верхняя часть колонны - 10.

Нижняя часть колонны - 11.

N=10+11=21.

Высота ректификационной колонны:

где - расстояние между тарелками, ; , - расстояние соответственно между верхней тарелкой и крышкой колонны и между днищем колонны и нижней тарелкой, .

Согласно [4, с. 17], а .

.

Гидравлические сопротивление колонны:

.

3.7 Тепловой баланс ректификационной колонны

Тепловой баланс ректификационной колонны выражается общим уравнением, согласно [6, с. 321]:

где Q_K - тепловая нагрузка куба; Q_D - количество теплоты, передаваемой от пара к воде; Q_пот - тепловые потери (5 %); - теплоёмкости соответствующие дистилляту, кубовому остатку и исходной смеси; - температуры соответствующие дистилляту, кубовому остатку и исходной смеси (находим из диаграммы "Зависимость температуры от равновесных составов пара и жидкости"):

, , .

Найдем удельную теплоту конденсации паров дистиллята, согласно [2, c.15]:

.

.

.

Определим тепловую нагрузку дефлегматора:

.

Теплоёмкости дистиллята, исходной смеси и кубового остатка при их температурах кипения, согласно [6, c.560]:

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

3.8 Приближённый расчёт теплообменной аппаратуры

3.8.1 Куб-испаритель

Исходные данные:

Q=2804000 Вт - тепловой баланс куба - испарителя.

t_ВН=85 °С - начальная температура греющей воды.

t_ВК=75 °С - конечная температура греющей воды.

t_W=64,27 °С - температура кипения кубового остатка.

Температурная диаграмма процесса:

Средняя движущая сила процесса:

.

.

.

Средняя температура и теплоёмкость греющей воды:

.

.

Определим поверхность теплообмена по формуле (для куба-испарителя коэффициент теплопередачи К_К=800Вт/(м^2.К)):

.

По ориентировочной поверхности теплообмена выбираем вертикальный одноходовой теплообменник с внутренним диаметром кожуха D=800 мм, числом труб n=717 (20?2 мм), с поверхностью теплообмена F=270 м ² и длиной труб l=6 м., согласно [5, с. 51].

Запас поверхности:

.

Расход греющей воды:

.

3.8.2 Холодильник кубового остатка

Исходные данные:

- расход кубового остатка.

t_w=64,27 С - начальная температура кубового остатка.

t_кон=20 С - конечная температура кубового остатка.

t_внач=10 С - начальная температура воды.

t_вкон=25 С - конечная температура воды.

Температурная диаграмма:

Определим среднюю движущую силу процесса:

.

.

- изменение температуры горячего теплоносителя;

- изменение температуры холодного теплоносителя.

.

.

Средняя температура и теплоёмкость воды:

.

.

Средняя температура кубового остатка:

.

Определим теплоемкость кубового остатка при средней температуре:

.

.

.

Тепловой баланс холодильника кубового остатка:

.

Расход охлаждающей воды:

.

Поверхность теплообмена:

Коэффициент теплопередачи в холодильнике К_ор=400Вт/(м^2.К)

^.

По ориентировочной поверхности теплообмена выбираем горизонтальный двухходовой теплообменник с внутренним диаметром кожуха D=400 мм, числом труб n=166 (20?2 мм), с поверхностью теплообмена F=42 м ² и длиной труб l=4 м., согласно [5, с. 51]

Запас поверхности:

.

3.8.3 Дефлегматор

Исходные данные:

Q_D=2658000 Вт.

t_D=55,52 °С - температура конденсации дистиллята.

t_внач=10 С - начальная температура воды.

t_вкон=25 С - конечная температура воды.

Температурная диаграмма:

Определим среднюю движущую силу процесса:

.

.

.

Средняя температура воды:

.

.

Ориентировочная поверхность теплообмена (К_ор=600Вт/(м ^2.К):

.

Расход охлаждающей воды:

.

По ориентировочной поверхности теплообмена выбираем двухходовой теплообменник с внутренним диаметром кожуха D=600 мм, числом труб n=370 (20?2мм), с поверхностью теплообмена F=139 м ² и длиной труб l=6 м, согласно [5, с. 51].

Запас поверхности:

.

3.8.4 Холодильник дистиллята

Исходные данные:

- расход дистиллята.

t_D=55,52 °С - начальная температура дистиллята.

t_кон=20 °С - конечная температура дистиллята.

t_внач=10 °С - начальная температура воды.

t_вкон=25 °С - конечная температура воды.

Температурная диаграмма:

Определим среднюю движущую силу процесса:

.

.

.

Средняя температура и теплоёмкость воды:

.

.

Средняя температура дистиллята:

.

Определим теплоемкость дистиллята при средней температуре:

.

.

.

Тепловой баланс холодильника дистиллята:

.

Расход охлаждающей воды:

.

Поверхность теплообмена:

Коэффициент теплопередачи в холодильнике К_ХД=400Вт/(м^2.К).

.

Характеристика выбранного теплообменника, согласно [7]:

Диаметр кожуховой трубы - .

Диаметр теплообменной трубы - .

Длина теплообменной трубы - 6 м.

Площадь теплообмена по одной трубе - 0,89 м².

Число труб - 13.

Площадь теплообмена - 11,57 м².

Запас поверхности:

.

3.9 Подробный расчёт подогревателя исходной смеси

Исходные данные:

- расход исходной смеси.

t_ВН=85 °С - начальная температура греющей воды.

t_ВК=35 °С - конечная температура греющей воды.

t_нач=10 °С - начальная температура исходной смеси.

t_F=59,69 °С - конечная температура исходной смеси.

Температурная диаграмма процесса:



Определим среднюю движущую силу процесса:

.

.

.

Средняя температура исходной смеси:

.

Определим теплоемкость, вязкость, теплопроводность и плотность исходной смеси при её средней температуре:

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Средняя температура греющей воды:

.

Физические параметры греющей воды при данной температуре:

.

.

.

.

Тепловой баланс подогревателя исходной смеси:

.

Ориентировочная площадь теплообмена подогревателя:

Пусть К_ор=400Вт/(м ^2.К), тогда:

.

Расход греющей воды:

^.

Рассмотрим теплообменник "труба в трубе" со следующими характеристиками:

Диаметр кожуховой трубы - .

Диаметр теплообменной трубы - .

Греющая вода подаётся во внутреннюю трубу теплообменника, исходная смесь - в кольцевое пространство теплообменника.

Определим площадь трубного сечения в теплообменнике:

.

Скорость течения воды во внутренней трубе теплообменника:

.

Критерий Рейнольдса для воды:

.

Определим площадь кольцевого сечения в теплообменнике:

.

Скорость течения исходной смеси в кольцевом пространстве теплообменника:

.

Критерий Рейнольдса для исходной смеси:

.

Термическое сопротивление стенок труб:

В качестве хладагента используем воду среднего качества со средним значением тепловой проводимости загрязнений стенок , а тепловая проводимость загрязнений стенок со стороны исходной смеси , согласно [5, с. 48].

В качестве материала труб выберем сталь Ст 3сп ГОСТ 380-2005 с коэффициентом теплопроводности. Толщина стенки трубы?=0,004 м.

.

Критерий Нуссельта для греющей воды:

.

Примем температуру горячей стенки t_{ст 1}=56 °С:

.

Критерий Прандтля для греющей воды при её средней температуре:

.

Критерий Прандтля для греющей воды при t_{ст 1}=56 °С:

.

.

.

.

Коэффициент теплоотдачи со стороны греющей воды:

Тепловой поток со стороны раствора:

.

Критерий Нуссельта для исходной смеси:

.

Определим температуру стенки трубы со стороны исходной смеси, принимая, что q₁=q_ст:

.

Определим критерий Прандтля при средней температуре смеси:

.

Критерий Прандтля для исходной смеси при температуре стенки:

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Коэффициент теплоотдачи для исходной смеси:

Тепловой поток со стороны исходной смеси:

.

Сопоставим q₁ и q₂, т разность выразим в процентах:

- выбранная температура стенки подходит.

Коэффициент теплопередачи:

.

Расчётная площадь поверхности теплопередачи:

.

Определим требуемое количество труб с учётом 15 % запаса, принимая, что длина трубы L=6 м, площадь теплообмена F_Т=0,89 м²:

.

Площадь теплообмена в аппарате:

.

Запас поверхности:

.

Характеристика выбранного теплообменника, согласно [7]:

Диаметр кожуховой трубы - .

Диаметр теплообменной трубы - .

Длина теплообменной трубы - 6 м.

Площадь теплообмена по одной трубе - 0,89 м².

Число труб - 19.

Площадь теплообмена - 16,91 м².

Общий расход греющей воды по колонне:

.

Общий расход охлаждающей воды по колонне:

.

Выводы по курсовой работе

В ходе работы были рассчитаны колонна и 5 теплообменников.

Их характеристики:

Ректификационная колонна:

Диаметр - 1,4 м.

Высота - 11 м.

Число тарелок - 21.

Расстояние между тарелками - 0,4 м.

Общее сопротивление колонны - .

Куб-испаритель:

Диаметр кожуха .

Общее число труб (20?2 мм).

Число ходов .

Длина труб .

Площадь поверхности теплообмена .

Холодильник кубового остатка:

Диаметр кожуха .

Общее число труб (20?2 мм).

Число ходов .

Длина труб .

Площадь поверхности теплообмена .

Дефлегматор:

Диаметр кожуха .

Общее число труб (20?2 мм).

Число ходов .

Длина труб .

Площадь поверхности теплообмена .

Холодильник дистиллята:

Диаметр кожуховой трубы - .

Диаметр теплообменной трубы - .

Длина теплообменной трубы - 6 м.

Площадь теплообмена по одной трубе - 0,89 м².

Число труб - 13.

Площадь теплообмена - 11,57 м².

Подогреватель:

Диаметр кожуховой трубы - .

Диаметр теплообменной трубы - .

Длина теплообменной трубы - 6 м.

Площадь теплообмена по одной трубе - 0,89 м².

Число труб - 19.

Площадь теплообмена - 16,91 м².

Общий расход греющей воды по колонне:

.

Общий расход воды по колонне:

.

Список использованной литературы

1. Волжинский А.И., Константинов В.А. Ректификация. Справочные данные по равновесию пар - жидкость: Метод. указания. - СПБ., СПбГТИ (ТУ), 2002. - 20 с.

2. Волжинский А.И., Флисюк О.М. Ректификация: справочные данные по физико-химическим величинам: Метод. указания. - СПБ., СПбГТИ (ТУ), 2002. - 18 с.

3. Волжинский А.И., Флисюк О.М. Определение средних физических величин потоков пара и жидкости: Метод. указания. - СПБ., СПбГТИ (ТУ), 2002. - 8 с.

4. Волжинский А.И., Константинов В.А. Ректификация: колонные аппараты с решётчатыми тарелками: Метод. указания. - СПБ., СПбГТИ (ТУ), 2002. - 20 с.

5. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию под ред. Ю.И. Дытнерского. - М.: Химия, 1991.

6. Павлов К.Ф., Романков П.Т., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - М.: ООО "РусМедиаКонсалт",2004. -576 с.

7. Марков А.В., Маркова А.В. Неразборные теплообменники "труба в трубе" (конструкция и основные размеры): Метод. указания. - СПб., СПбГТИ (ТУ), 2001. - 30с.

Размещено на Allbest.ru