Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Ректификация - это тепломассообменный процесс, применяемый для разделения жидких смесей, компоненты которых различаются по температурам кипения. Процесс осуществляется при контактировании потоков пара и жидкости, имеющих разные составы и температуры: пар содержит больше высококипящих компонентов и имеет более высокую температуру, чем вступающая с ним в контакт жидкость.

В простейшем виде процесс многократного испарения можно осуществить в многоступенчатой установке, в первой ступени которой испаряется исходная смесь. На вторую ступень поступает на испарение жидкость, оставшаяся после отделения паров в первой ступени, в третьей ступени испаряется жидкость, поступившая из второй ступени (после отбора из последней паров), и т.д. Аналогично может быть организован процесс многократной конденсации, при котором на каждую следующую ступень поступают для конденсации пары, оставшиеся после отделения от них жидкости (конденсата) в предыдущей ступени.

При достаточно большом числе ступеней можно получить жидкую или паровую фазу с достаточно высокой концентрацией компонента, которым она обогащается. Однако выход этой фазы будет мал по отношению к ее количеству в исходной смеси. Кроме того, описанные установки отличаются громоздкостью и большими потерями тепла в окружающую среду.

Значительно более экономичное, полное и четкое разделение смесей на компоненты достигается в процессах ректификации, проводимых обычно в более компактных аппаратах - ректификационных колоннах.

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

1. Литературный обзор

оборудование теплообменник штуцер разделение

Ректификация представляет собой процесс многократного частичного испарения жидкости и конденсации паров. Процесс осуществляется путем контакта потоков пара и жидкости, имеющих различную температуру, и проводится обычно в колонных аппаратах. При каждом контакте из жидкости испаряется преимущественно легколетучий или низкокипящий компонент (НК), которым обогащаются пары, а из паров конденсируется преимущественно труднолетучий или высококипящий компонент (ВК), переходящий в жидкость. Такой двухсторонний обмен компонентами, повторяемый многократно, позволяет получить в конечном счете пары, представляющие собой почти чистый НК. Эти пары после конденсации в отдельном аппарате образуют дистиллят (ректификат) и флегму - жидкость, возвращаемую для орошения колонны и взаимодействия с поднимающимися парами. Пары получают путем частичного испарения снизу колонны остатка, являющегося почти чистым ВК.

В общем случае исходная жидкая смесь может состоять из нескольких компонентов. В простейшем случае из двух, например из компонентов А и В. Характер поведения жидкой смеси зависит главным образом от природы составляющих ее веществ и давления.

Для идеальных растворов характерно то, что сила взаимодействия между всеми молекулами (одноименными и разноименными) равна. При этом общая сила, с которой молекула удерживается в смеси, не зависит от состава смеси. Очевидно, что парциальное давление в этом случае должно зависеть лишь от числа молекул, достигающих в единицу времени поверхности жидкости со скоростью, необходимой для преодоления сил внутреннего притяжения молекул, т.е. при данной температуре давление соответствующего компонента возрастает пропорционально его содержанию в жидкой смеси (закон Рауля):

рА = РАхА и рВ = РВ (1-хА) (1.1)

По степени растворимости компонентов смеси жидкости подразделяют на взаиморастворимые в любых соотношениях, частично растворимые и практически взаимонерастворимые. В свою очередь смеси со взаиморастворимыми компонентами в любых соотношениях делятся на:

· идеальные растворы, которые подчиняются закону Рауля; так называемые нормальные растворы - жидкие смеси, частично отклоняющиеся от закона Рауля, но не образующие смесей: с постоянной температурой кипения (азеотропов);

· неидеальные растворы - жидкости со значительными отклонениями от закона Рауля, в том числе смеси с постоянной температурой кипения (азеотропы). (Отметим, что полностью взаимонерастворимых жидкостей нет, обычно все жидкости хотя бы в незначительных количествах, но растворяются друг в друге. Однако в этих случаях на практике для удобства принимают такие жидкости взаимонерастворимыми).

Уравнение материального баланса ректификационной колоны:

Ф+F = G+W, (1.2)

где: F - расхорд исходной смеси, кмоль/с; Ф - расход флегмы, кмоль/с; G - расход паровой фазы, кмоль/с; W - расход кубового остатка, кмоль/с; Р - расход ректификата (дистиллята).

Поскольку

G=P+Ф, или F = P+W. (1.3.)

Соответственно материальный балаес по НК:

F x_F = P x_P+W x_W, (1.4.)

где: x_F, x_P и x_W - концентрации низкокипящего компонента в исходной смеси, готовом продукте (ректификате) и в кубовом остатке, соответственно, мольн. доли.

Рис. 1. Схема непрерывной ректификации: 1 - ректификационная колонна (а - укрепляющая часть, б - исчерпывающая часть); 2 - кипятильник; 3 - дефлегматор; 4 - делитель флегмы; 5 - подогреватель исходной смеси; 6 - холодильник дистиллята (или холодильник-конденсатор); 7 - холодильник остатка (или нижнего продукта); 8, 9 сборники; 10 - насосы

Кроме известных величин, в выражения для количеств тепла входят: I_G, i_F, i_ф и i_w - энтальпии, соответственно паров, выходящих из колонны, исходной смеси, флегмы и остатка.

Таким образом, уравнение теплового баланса:

Q_КИП + Q_F + Q_Ф = Q_G + Q_W + Q_П. (1.5.)

Решая уравнение (1.5.) относительно Q_КИП, находим расход тепла в кипятильнике.

Из уравнения теплового баланса видно, что тепло, подводимое в кипятильник, затрачивается на испарение дистиллята, испарение флегмы, нагревание остатка до температуры кипения, а также на компенсацию потерь тепла в окружающую среду.

Флегма из дефлегматора поступает в колонну при температуре ее кипения. Поэтому энтальпия выходящих из колонны паров

I = iФ + rф,

где rф - теплота испарения флегмы.

Потери тепла в окружающую среду обычно составляют для теплоизолированных аппаратов 3 - 5% от подводимой теплоты в кипятильнике.

Пары готового продукта поступают в дефлегматор, представляющий теплообменный аппарат - конденсатор, где происходит частичная или полная конденсация паров готового продукта (ректификата).

Количество теплоты Q_ДЕФ, отводимого с охлаждающей водой в дефлегматоре, зависит от количества конденсирующихся в нем паров. При полной конденсации паров, выходящих из колонны:

Q_ДЕФ = P (R+1) r_Ф = P (R+1) (I-i_Ф). (1.6)

Уравнения рабочей линии для всех массообменных процессов уравнением (1.7):

y=, (1.7)

где L и G - расходы жидкой и паровой фаз; у, х - соответственно концентрации паровой и жидкой фаз.

Применяя это уравнение к процессу ректификации, выразим все входящие в него величины в мольных единицах.

Укрепляющая часть колонны. Количество жидкости (флегмы), стекающей по этой части колонны:

L = Ф = PR, (1.8)

где R= - флегмовое число, представляющее собой отношение количества флегмы к количеству дистиллята.

Количество паров, поднимающихся по колонне

G = P + Ф = P + P R = P (R + 1), (1.9)

Для верхней укрепляющей части колонны уравнение рабочей линии:

y=, (1.10)

откуда

y=. (1.11)

В этом уравнении = tg а = А - тангенс угла наклона рабочей линии к оси абсцисс, а = В-отрезок, отсекаемый рабочей линией на оси ординат диаграммы у - х (рис. 2).

Исчерпывающая часть колонны. Количество орошающей жидкости L' в этом части колонны больше количества флегмы Ф, стекающей по укрепляющей части на количество исходной смеси, поступающей на питающую тарелку. Если обозначить количество питания, приходящегося на 1 кмоль дистиллята через f= F/P, то F = Pf и количество жидкости, стекающей по исчерпывающей части колонны, составит:

L = Ф + F = PR + Pf = P (R + I). (1.12)

Количество пара, проходящего через нижнюю часть колонны, равно количеству пара, поднимающегося по верхней (укрепляющей) ее части. Следовательно:

G'=G=P (R+1). (1.13)

Для нижней исчерпывающей части колонны состав удаляющейся жидкости (остатка) х'_к = x_w и, согласно допущению, состав поступающего сюда из кипятильника пара у'_н=y_w =x_w. Подставив значения L', G', х'_к и у'_н в общее уравнение, получим

. (1.14)

Зависимость (1.14) представляет собой уравнение рабочей линии исчерпывающей части колонны. В этом уравнении = tg a' = А' - тангенс угла наклона рабочей линии к оси ординат, а = В' - отрезок, отсекаемый рабочей линией на оси абсцисс (рис. 2).

Испарение жидкости на тарелке происходит за счет тепла конденсации пара. Из пара конденсируется и переходит в жидкость преимущественно ВК, содержание которого в поступающем на тарелку паре выше равновесного с составом жидкости на тарелке. При равенстве теплот испарения компонентов бинарной смеси для испарения 1 моль НК необходимо сконденсировать 1 моль ВК, т.е. фазы на тарелке обмениваются эквимолекулярными количествами компонентов.

На второй тарелке жидкость имеет состав x2, содержит больше НК, чем на первой (х2 > x1), и соответственно кипит при более низкой температуре (t2 <t1). Соприкасаясь с ней, пар состава у1 частично конденсируется, обогащается НК и удаляется на вышерасположенную тарелку, имея состав y2 > x2, и т.д.

Таким образом пар, представляющий собой на выходе из кипятильника почти чистый ВК, по мере движения вверх все более обогащается низкокипящим компонентом и покидает верхнюю тарелку колонны в виде почти чистого НК, который практически полностью переходит в паровую фазу на пути пара от кипятильника до верха колонны.

Пары конденсируются в дефлегматоре 3, охлаждаемом водой, и получаемая жидкость разделяется в делителе 4 на дистиллят и флегму, которая направляется на верхнюю тарелку колонны. Следовательно, с помощью - дефлегматора в колонне создается нисходящий поток жидкости.

Жидкость, поступающая на орошение колонны (флегма), представляет собой почти чистый НК. Однако, стекая по колонне и взаимодействуя с паром, жидкость все более обогащается ВК, конденсирующимся из пара. Когда жидкость достигает нижней тарелки, она становится практически чистым ВК и поступает в кипятильник, обогреваемый глухим паром, или другим теплоносителем.

На некотором расстоянии от верха колонны к жидкости из дефлегматора присоединяется исходная смесь, которая поступает на так называемую питающую тарелку колонны. Для того чтобы уменьшить тепловую нагрузку кипятильника, исходную смесь обычно предварительно нагревают в подогревателе 5 до температуры кипения жидкости на питающей тарелке.

Питающая тарелка как бы делит колонну на две части, имеющие различное назначение. В верхней части 1а (от питающей до верхней тарелки) должно быть обеспечено возможно большее укрепление паров, т.е. обогащение их НК с тем, чтобы в дефлегматор направлялись пары, близкие по составу к чистому НК. Поэтому данная часть колонны называется укрепляющей. В нижней части 1б (от питающей до нижней тарелки) необходимо в максимальной степени удалить из жидкости НК, т.е. исчерпать жидкость для того, чтобы в кипятильник стекала жидкость, близкая по составу к чистому ВК. Соответственно эта часть колонны называется исчерпывающей.

В дефлегматоре 3 могут быть сконденсированы либо все пары, поступающие из колонны, либо только часть их соответствующая количеству возвращаемой в колонну флегмы. В первом случае часть конденсата, остающаяся после отделения флегмы, представляет собой дистиллят (ректификат), или верхний продукт, который после охлаждения в холодильнике 6 направляется в сборник дистиллята 9. Во втором случае несконденсированные в дефлегматоре пары одновременно конденсируются и охлаждаются в холодильнике 6, который при таком варианте работы служит конденсатором-холодильником дистиллята.

Жидкость, выходящая из низа колонны (близкая по составу ВК) также делится на две части. Одна часть, как указывалось, направляется в кипятильник, а другая - остаток (нижний продукт) после охлаждения водой в холодильнике 7 направляется в сборник 8.

Типовое оборудование для проектируемой установки

Для проведения процессов ректификации применяются аппараты разнообразных конструкций, основные типы которых не отличаются от соответствующих типов абсорберов.

В ректификационных установках используют главным образом аппараты двух типов: насадочные и тарельчатые ректификационные колонны. Кроме того, для ректификации под вакуумом применяют пленочные и роторные колонны различных конструкций.

Насадочные, барботажные, а также некоторые пленочные колонны по конструкции внутренних устройств (тарелок, насадочных тел и т.д.) аналогичны абсорбционным колоннам. Однако в отличие от абсорберов ректификационные колонны снабжены теплообменными устройствами - кипятильником (кубом) и дефлегматором. Кроме того, для уменьшения потерь тепла в окружающую среду ректификационные аппараты покрывают тепловой изоляцией.

Кипятильник или куб, предназначен для превращения в пар части жидкости, стекающей из колонны, и подвода пара в ее нижнюю часть (под насадку или нижнюю тарелку). Кипятильники имеют поверхность нагрева в виде змеевика или представляют собой кожухотрубчатый теплообменник, встроенный в нижнюю часть колонны (рис. 1.12., а). Более удобны для ремонта и замены выносные кипятильники (см. рис. 1.7.), которые устанавливают ниже колонны с тем, чтобы обеспечить естественную циркуляцию жидкости.

В периодически действующих колоннах куб является не только испарителем, но и емкостью для исходной смеси. Поэтому объем куба должен быть в 1,3-1,6 раза больше его единовременной загрузки (на одну операцию). Обогрев кипятильников наиболее часто производится водяным насыщенным паром.

Дефлегматор, предназначенный для конденсации паров и подачи орошения (флегмы) в колонну, представляет собой кожухотрубчатый теплообменник, в межтрубном пространстве которого обычно конденсируются пары, а в трубах движется охлаждающий агент (вода). Однако вопрос о направлении конденсирующихся паров и охлаждающего агента внутрь или снаружи труб следует решать в каждом конкретном случае, учитывая желательность повышения коэффициента теплопередачи и удобство очистки поверхности теплообмена.

При выборе размеров насадки необходимо учитывать, что с увеличением размеров ее элементов увеличивается допустимая скорость газа, а гидравлическое сопротивление насадочной колонны снижается. Общая стоимость колонны с крупной насадкой будет ниже за счет снижения диаметра колонны, несмотря на то, что высота насадки несколько увеличится по сравнению с таковой в колонне, заполненном насадкой меньших разме

Исходная смесь из расходной емкости РЕ центробежным насосом подается в подогреватель П, где нагревается до температуры кипения и поступает на питающую тарелку ректификационной колонны РК. Стекая по тарелкам жидкость, попадает в куб, из которого поступает в кипятильник К. Из кипятильника пары жидкости поступают в нижнюю часть колонны и двигаются навстречу исходной смеси, барботируя через нее и обогащаясь низкокипящим компонентом. Выходя из колонны пары, попадают в дефлегматор Д и конденсируются. Дистиллят поступает в разделитель Р, где разделяется на два потока: одна часть в качестве флегмы возвращается в колонну и стекает по тарелкам вниз, обогащаясь при этом высококипящим компонентом, а другая часть поступает в холодильник Х1, охлаждается и попадает в приемную емкость ПЕ2. По мере работы часть жидкости из куба отводится в холодильник Х2 и поступает в приемную емкость ПЕ1 в качестве кубового остатка.

2. Выбор конструкционного материала и типа аппарата

Выбираем конструкционный материал для одноходового теплообменника горизонтального типа. Так как хлороформ и четыреххлористый углерод являются агрессивными веществами, то в качестве конструкционного материала для основных деталей выбираем нержавеющую сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72, которая является стойкой в сильно агрессивных средах до температуры 600?С [4 c. 59].

Конструкционный материал ректификационной колонны:

рабочая температура в колонне не выше 100 С, поэтому в качестве конструкционного материала для основных деталей аппарата выбираем нержавеющую сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72, которая является стойкой в сильно агрессивных средах до температуры 600 ?С [4 c. 59]. которая используется для изготовления деталей химической аппаратуры при работе с неагрессивными средами при температурах от 10 до 200С.

3. Тепловой и материальный расчет

3.1 Температурный режим аппарата

Температура конденсации насыщенного водяного пара при давлении Р=0,12 МПа t_к = 104,8 С [1 c. 550].

t_б = t_к - t_2н = 104,8 - 20 = 84,8 С.

t_м = t_к - t_2к= 104,8 - 80 = 24,8 С.

Дt_ср = (Дt_б - Дt_м)/ln(Дt_б/Дt_м) = (84.8-24,8)/ln (84,8/24,8) = 48,8 ?С

Средняя температура смеси:

t_2ср = t_2к - t_cр = 104,8 - 48,8 = 56,0 С.

3.2 Физико-химические свойства исходной смеси

Свойства чистых растворителей при 56,0С

Свойства	CНСl3	ССl4
Плотность, кг/м3	1419	1525
Теплопроводность, Вт/мК	0,114	0,098
Вязкость, Пас	0,40410-3	0,61410-3
Теплоемкость Дж/кгК	1070	910

Мольная доли хлороформа в исходной смеси:

=(0,85/119)/[(0,85/119) + (0,15/154)] = 0,88 (мольные доли)

Молекулярная масса исходной смеси:

M_F = 0,88119 + 0,12154 = 123,2 кг/кмоль

Плотность смеси:

 = 0,88/1419+0,12/1525 = 1431 кг/м³.

_см = 1431 кг/м³.

Вязкость смеси:

lg_см = x₁lg₁ + x₂lg₂ = 0,85lg0,404 + 0,15lg0,614 = 0,43010^-3 Пас

_см = 0,43010^-3 Пас

Теплопроводность смеси:

_см = ₁₁ + ₂₂ = 0,880,114+0,120,098 = 0,112 Вт/(мК)

Теплоемкость смеси:

С _см. = ₁с₁ + ₂с₂ = 0,851,07+0,120,91 = 1,050 Вт/(мК)

3.3 Тепловая нагрузка аппарата

Количество теплоты, подводимое к исходной смеси в теплообменный аппарат.

Q = 1,05G₂c₂(t_2н - t_2к),

где 1,05 - коэффициент, учитывающий потери в окружающую среду.

G₂ = 1413,3/3600 = 0,393 кг/с

Q = 1,050,3931,05(80-20) = 26,0 кВт.

Расход греющего пара:

G₁ = Q/r = 26,0/2244 = 0,012 кг/с,

где r = 2244 кДж/кг - теплота конденсации пара при давлении 0,14 МПа.

3.4 Ориентировочный выбор теплообменника

Греющий пар конденсируется в межтрубном пространстве, а смесь движется по трубам. Принимаем ориентировочное значение критерия Рейнольдса Re_ор = 15000, соответствующее развитому турбулентному режиму движения жидкости, при котором обеспечиваются наилучшие условия теплообмена.

Число труб приходящееся на один ход теплообменника:

n/z = G₂/0,785Re_орd_внм₂,

где d_вн - внутренний диаметр труб,

Для труб 20?2 d_вн = 0,016 м

Отношение числа труб к числу ходов:

n/z = 0,393/0,785•15000•0,016•0,430•10^-3 = 5.

Принимаем также ориентировочное значение коэффициента теплопередачи К_ор = 200 Вт/м²•К [1c. 172], тогда ориентировочная поверхность теплообмена:

F_ор = Q/K_ор Дt_ср = 26,0•10³/200•48,8 = 2,5 м².

Принимаем теплообменник с близкой поверхностью теплообмена: 1-х ходовой с диаметром кожуха 159 мм и 19 трубками 20?2 [2 c. 51].

3.5 Коэффициент теплоотдачи от стенки к смеси

Коэффициент теплоотдачи рассчитывают через тепловой критерий Нуссельта:

₂ = Nu₂₂/d_вн,

где Nu₂ - критерий Нуссельта.

Фактическое значение критерия Рейнольдса:

Re₂ = G₂/[0,785d_вн(n/z)₂ =

= 0,393/[0,7850,016190,43010^-3 = 3830.

Режим движения переходный, в этом случае отношение

Nu/[Pr^0,43(Pr/Pr_ст)^0,25 = 11,0 [1 c. 154]

Критерий Прандтля Pr = с/ = 1,050,430/0,112 = 4,03

Принимаем в первом приближении отношение (Pr₂/Pr_ст2)^0,25 = 1, тогда

Nu = 11,0Pr^0,43 = 11,04,03^0,43 = 20,0.

₂ = 200,112/0,016 = 140 Вт/м²К.

3.6 Коэффициент теплоотдачи от пара к стенке

рассчитывается по формуле

,

где ₁ = 955 кг/м³ - плотность конденсата [1 c. 537],

₁ = 0,26810^-3 Пас - вязкость,

₁ = 0,680 Вт/(мК) - теплопроводность

Физико-химические свойства конденсата взяты при температуре конденсации 104,8 С.

₁ = 3,780,680 [955²0,02019/(0,26810^-30,012)]^1/3 =12232 Вт/(мК).

3.7 Тепловое сопротивление стенки

Тепловое сопротивление стенки рассчитывается по уравнению:

где _ст = 0,002 м - толщина стенки трубки;

_ст = 17,5 Вт/мК - теплопроводность нержавеющей стали [1 c. 529];

r₁ = r₂ = 1/5800 мК / Вт - тепловое сопротивление загрязнений сте-

нок [1 c/531];

(/) = 0,002/17,5 + 1/5800 + 1/5800 = 4,610^-4 мК / Вт.

3.8 Коэффициент теплопередачи

Коэффициент теплопередачи рассчитывается по формуле:

K = 1/(1/₁+(/)+1/₂) =1/(1/12232+4,610^-4+1/140) = 130 Вт/м²К.

3.9 Температуры стенок

Температура стенок со стороны жидкости

t_ст2 = t_ср2 + Кt_ср/₂ = 56,0 + 13048,8/140 =101,4С.

Уточняем коэффициенты теплоотдачи.

Критерий Прандтля для смеси при t_ст2 =101,4 Pr_ст2 = 2,1

_2ут = ₂(Pr₂/Pr_ст2)^0,25 = 140 (4,03/2,1)^0,25 = 165 Вт/м²К.

Уточняем коэффициент теплопередачи:

K = 1/(1/12232+4,610^-4+1/165) = 155 Вт/м²К.

Температура стенки:

t_ст2 = 56,0 + 15548,8/165 =101,8 С.

Полученные значения близки к ранее принятым и дальнейших уточнений не требуется.

3.10 Поверхность теплообмена

Из уравнения массопередачи определяем поверхность теплообмена:

F = Q/Kt_ср = 26,010³/15548,8 = 3,44 м²

Выбираем теплообменник с ближайшей большей поверхность теплообмена: одноходовой теплообменник с длиной труб 3 м, у которого поверхность теплообмена 3,5 м² [2 c. 51].

4. Конструктивный расчет

4.1 Толщина обечайки

Толщина обечайки рассчитывается по уравнению:

= DP/2 +C_к,

где D = 0,15 м - условный внутренний диаметр аппарата;

P = 0,14 МПа - давление в аппарате;

= 138 МН/м² - допускаемое напряжение для стали [2 c. 76];

= 0,8 - коэффициент ослабления из-за сварного шва [2 c. 77];

C_к = 0,001 м - поправка на коррозию.

= 0,140,15/21380,8 + 0,001 = 0,002 м.

Согласно рекомендациям [3 c. 24] теплообменник изготовляется из труб диаметром 1599, т.о. толщина обечайки = 9 мм.

4.2 Днища

Наибольшее распространение в химическом машиностроении получили эллиптические отбортованные днища по ГОСТ 6533 - 78 [3 c. 25], толщина стенки днища ₁ = = 9 мм.

4.3 Выбор штуцеров для пара, конденсата и раствора

Диаметр штуцеров рассчитывается по формуле:

d = ,

где G - массовый расход теплоносителя,

- плотность теплоносителя,

w - скорость движения теплоносителя в штуцере.

Принимаем скорость жидкости в штуцере w = 1,0 м/с, скорость пара в

штуцере 10 м/с, тогда

диаметр штуцера для входа пара

d₁ = (0,012/0,785100,70)^0,5 = 0,047 м,

принимаем d₁ = 50 мм;

диаметр штуцера для выхода конденсата:

d₂ = (0,012/0,7851,0955)^0,5 = 0,004 м,

принимаем d₂ = 25 мм;

диаметр штуцера для входа и выхода раствора:

d_3,4 = (0,393/0,7851,01431)^0,5 = 0,019 м,

принимаем d_3,4 = 25 мм.

Все штуцера снабжаются плоскими приварными фланцами по ГОСТ 12820-80, конструкция и размеры которых приводятся ниже:

dусл	D	D2	D1	H	n	d
25	100	75	60	12	4	11
50	140	110	90	13	4	14
150	260	225	202	16	8	18

4.4 Выбор опор

Максимальная масса аппарата:

G_max = G_a+G_в = 263 + 53 = 316 кг = 0,003 МН,

где G_a = 263 кг - масса аппарата [2 c. 56]

G_в - масса воды заполняющей аппарат.

G_в = 10000,7850,15²3 = 53 кг

Так как аппарат установлен горизонтально принимаем, что он установлен на двух опорах, тогда нагрузка приходящаяся на одну опору:

G_оп = 0,003/2 = 0,0015 МН

По [4 c. 673] выбираем опору с допускаемой нагрузкой 0,01МН.

5. Гидравлический расчет и подбор насоса

5.1 Гидравлическое сопротивление

Скорость раствора в трубах:

w_тр = G₂z/(0,785d_вн²n₂) = 0,3931/(0,7850,016²191431) = 0,07 м/с.

Коэффициент трения:

,

где е = /d_вн = 0,2/16 = 0,0125 - относительная шероховатость,

= 0,25 {lg[(0,0125/3,7)+(6,81/3830)^0,9]}^-2 = 0,053.

Скорость раствора штуцерах:

w_шт = G₂/(0,785d_шт²₂) = 0,393/(0,7850,025²1431) = 0,56 м/с

Гидравлическое сопротивление трубного пространства

0,0533,010,07²1431/(0,0162)+[2,5 (1-1)+21] 0,07²1431/2+30,56²1431/2 = 708 Па

5.2 Подбор насоса для раствора

Объемный расход воды и напор, развиваемый насосом:

Q₂ = G₂/₂ = 0,393/1431 = 0,0003 м³/с,

Н = Р_тр/g + h = 708/14319,8 + 3 = 3,05 м.

По объемному расходу и напору выбираем центробежный насос Х2/25, для которого Q = 0,00042 м³ и Н = 25,0 м [2 c. 38].

Литература

1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов. - Л.: Химия, 1987, 576 с.

2. Разработка конструкции химического аппарата и его графической модели. Методические указания. - Иваново, 2004.

3. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/ Под ред. Ю.И. Дытнерского. - М.: Химия, 1983. 272 с.

4. Расчет и проектирование массообменных аппаратов. Учебное пособие. Лебедев В.Я. и др. - Иваново, 1994.

5. Использование программ Flegma 1 на базе BASIC

6. Разработка конструкции химического аппарата и его графической модели. Методические указания. - Иваново, 2004.

7. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры - Л. «Машиностроение», 1975.

Размещено на Allbest.ru