Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Описание принципиальной схемы

Описание технологической схемы

Равновесные данные

Пересчет концентраций

Расчет потоков дистиллята и кубового остатка

Определение геометрических размеров колонны

Расчет гидравлического сопротивления колонны

Расчет тепловой аппаратуры

Расчет кубового кипятильника

Расчет и подбор дефлегматора-конденсатора

Расчет подогревателя исходной смеси

Расчет холодильника дистиллята

Расчет холодильника кубового остатка

Расчет толщины обечайки

Определение диаметра штуцеров

Расчет опоры

Расчет эллиптического днища (крышки)

Расчет тепловой изоляции

Расчет центробежных насосов

Подбор емкостей

Расчет и подбор конденсатоотводчиков

Список используемой литературы



Цель и задачи курсового проектирования

Курсовой проект базируется не только на теории процессов и аппаратов химической технологии, но и на ряде предшествующих дисциплин (инженерная графика, прикладная механика, физическая химия).

Качество проекта зависит от уровня овладения знаниями по указанным дисциплинам, от умения пользоваться технической литературой и от проявленной при проектировании инициативы.

Целью курсового проекта является закрепление знаний, приобретенных при изучении перечисленного ряда дисциплин, а также привитие навыков комплексного использования полученных теоретических знаний для решения конкретных задач по аппаратному оформлению технических процессов.

ректификационная дистиллят гидравлическое технологическая



Сущность процесса

Ректификацией называют процесс переноса компонента (компонентов) между кипящей жидкостью и насыщенной конденсирующейся паровой фазами противотоке этих фаз. При чередовании по схеме противотока операций частичной конденсации паровой и испарения жидкой смесей можно получить выход низкокипящего и высококипящего компонентов примерно соответствующие их содержанию в исходной смеси.

Иными словами, ректификацию можно трактовать как совмещение процессов многократной дистилляции и многократной парциальной конденсации при противотоке потоков пара и жидкости.

При таком проведении процесса появляется возможность использования при каждой упомянутой операции теплоты конденсации пара для испарения жидкости - путем непосредственного контактирования конденсирующейся паровой и кипящей жидкой фаз.

Исходную смесь подогревают до температуры кипения, подают в колонну на тарелку питания, где состав жидкости равен составу исходной смеси. Стекая вниз по колонне жидкость взаимодействует с поднимающемся вверх паром, образующемся при кипении жидкости в кипятильнике. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка 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 полученной в конденсаторе путем конденсации пара выходящего из колонны. Часть конденсата отводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения - дистиллята, который охлаждается в холодильнике. Из кубовой части колонны насосом выводится кубовая жидкость - продукт, обогащенный труднолетучим компонентом, который охлаждается в холодильнике.



Описание принципиальной схемы

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

Принципиальная схема ректификационной установки представлена на рис. 1. Исходную смесь из промежуточной емкости 1 центробежным насосом 2 подают в теплообменник 3, где она подогревается до температуры кипения. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну 5 на тарелку питания, где состав жидкости равен составу исходной смеси. Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике 4. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка, 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 , 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 насосом 9 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).

Расчет ректификационной колонны сводится к определению ее основных геометрических размеров - диаметра и высоты. Оба параметра в значительной мере определяются гидродинамическим режимом работы колонны, который, в свою очередь, зависит от скоростей и физических свойств фаз, а также от типа насадки.

Место строительства и конструкционные материалы

Место строительства - г. Москва.

Средняя температура воздуха в январе -10,8 С, средняя температура воздуха в июле - 18,0 С (1, с 538, табл. XL)

Выбор конструкционных материалов:

Х17Н13М2Т (ГОСТ 5632-61)

л = 15,9 Вт/м•с (5, с. 101)

Назначение: переходы для трубопроводов, отводы для трубопроводов, обечайки, днища, фланцы, болты, гайки, патрубки штуцеров, трубопроводы, трубопроводы химических производств.

Описание технологической схемы

Исходная смесь, содержащая 35% масс. метанола и 65% масс. воды в количестве 5000 кг/ч при температуре 25°С поступает в емкость для хранения исходной смеси (поз. Е1), откуда насосами (поз. Н1 и Н2) перекачивается в подогреватель (поз. П), подогревается водяным паром, давление которого составляет 0,6 МПа, до температуры кипения и подается в колонну (поз. КР), внутри которой размещены ситчатые тарелки. Кипятильник (поз. К) является источником парового потока, в нем жидкость испаряется при помощи водяного пара. Конденсатор (поз. Д) является источником жидкого потока. В конденсаторе паровая смесь с содержанием 99,5% масс. метанола конденсируется проточной водой, взятой при температуре 25°С. Конденсат поступает в разделитель (поз. Р), откуда часть жидкости возвращается в виде флегмы в колонну при помощи насосов (поз. Н3 и Н4), а часть охлаждается в водяном холодильнике (поз Х2) до температуры 35°С и поступает емкость (поз. Е3). Кубовый остаток с содержанием 0,5% масс. метанола поступает в водяной холодильник (поз. Х1), охлаждается до температуры 35°С и насосами (поз. Н5 и Н6) перекачивается в емкость для хранения кубового остатка (поз. Е2). В схеме для отвода конденсата, образующегося при работе кубового кипятильника и подогревателя исходной смеси, предусмотрены конденсатоотводчики (поз КО1 и КО2).

Равновесные данные

Равновесные данные:

x	0,0	2,0	4,0	6,0	8,0	10,0	15,0	20,0	30,0	40,0	50,0	60,0	70,0	80,0	90,0	95,0	100,0
y	0,0	13,4	23,0	30,4	36,5	41,8	51,7	57,9	66,5	72,9	77,9	82,5	87,0	91,5	95,8	97,9	100,0
t	100,0	96,4	93,5	91,2	89,3	87,7	84,4	81,7	78,0	75,3	73,1	71,2	69,3	67,5	66,0	65,0	64,5

1)По равновесным данным строим диаграмму у=f(х) и t=f(х,у) для смеси метанол-вода.

2)Пересчитываем известные концентрации а₀, а₁, а₂ в х₀, х₁, х₂.

М₁ = 32 кг/кмоль (1, с. 541, табл. XLIV)

М₂ = 18 кг/кмоль (1, с. 541, табл. XLIV)

а₁ = 35% масс.

а₂ = 99,5% масс.

а₀ = 0,5% масс.

А - метанол

В- вода

Пересчет концентраций

Определение средних мольных концентраций жидкости и пара в верхней и нижней частях колонны

По диаграмме x-y определяется что каждому составу жидкости соответствует свой равновесный состав пара. Мы определяем равновесные концентрации паровой фазы смесей

x₀=0.00281 кмоль А/кмоль см

x₁=0.231 кмоль А/кмоль см

x₂=0.991 кмоль А/кмоль см

Средние концентрации жидкости и пара рассчитываются

Верх колонны

Низ колонны

Определение средних молярных составов жидкости и пара в верхней и нижней частях колонны



Верхняя часть колонны (Укрепляющая часть колонны)

Нижняя часть колонны (Отгонная часть колонны)

Относительный мольный расход питания

==4,30 кг/с

3)Расчет минимального флегмового числа:

По диаграмме у-х:

y₁^Р=0,610



4)Расчет рабочего флегмового числа:

5)Расчет отрезка «b» для построения рабочей линии укрепляющей части колонны:

6)Построение рабочей линии на диаграмме y-x и определении числа теоретических тарелок:

n^Т_укр=11

n^Т_отг=5

7)Расчет КПД тарелок:

По диаграмме t-x,y:

t₀=99.2 ⁰C

t₁=80.3 ⁰C

t₂=64.6 ⁰C

При этой температуре давление насыщенных паров компонентов (1, с. 565, рис. XIV)

2591 мм рт ст

739 мм рт ст

1373 мм рт ст

360 мм рт ст

763 мм рт ст

мм рт ст

Коэффициент относительной летучести:

Вязкость жидкой смеси:

Вязкость компонентов смеси (1, с. 516, табл. IX):

м_А(0)=0,198 сП

м_В(0)=0,283 сП

м_А(1)=0,258 сП

м_В(1)=0,356 сП

м_А(2)=0,321 сП

м_В(2)=0,441сП

Определяем КПД тарелок по диаграмме (1, с. 323, рис. 7.4):

(по диаграмме О'Коннела)

з₀=f(б₀*м₀)=f(3,51*0,28)=f(0,993)=0,479

з₁=f(б₁*м₁)=f(3,82*0,33)=f(1,259)=0,451

з₂=f(б₂*м₂)=f(4,14*0,32)=f(1,332)=0,445

Таким образом

0,458

8)Расчета числа действительных тарелок:

n_дейст=n_теор /

n^y = 24,1 следовательно тарелок 25 n^y = 11/0,458= 24,1

n^o = 10,9 следовательно тарелок 11 n^o = 5/0,458= 10,9

n^общ = 25+11=36

Расчет потоков дистиллята и кубового остатка

По правилу рычага второго рода:

П(а₂ - а₀) = w₁(a₁ - a₀)

L₁=w₁= 5000 кг/ч = 1,389 кг/с; П- поток дистиллята

По правилу рычага второго рода:

Проверка:

Проверка по материальному балансу

Определение потоков жидкой и паровой фазы для отгонной и укрепляющей частей колонны

Укрепляющая часть

Поток жидкой фазы

Поток паровой фазы

Отгонная часть

Поток жидкой фазы

Поток паровой фазы

Определение внутренних материальных потоков в колонне

При известном потоковом флегмовом числе поток пара:

Поток флегмы (в случае ее подачи при температуре кипения) в укрепляющй колонне:

Расчет верхнего диаметра колонны

при t₂ = 64,6⁰C

_A=751 кг/м³ (1, стр512, табл. IV)

_B=981- кг/м³

кг/м³



при t₁ = 80,3⁰C

_A=735 кг/м³ (1, стр512, табл. IV)

_B=972- кг/м³

кг/м³

при t₀ = 99,2⁰C

_A=711кг/м³ (1, стр512, табл. IV)

_B=960 кг/м³

кг/м³

Определение геометрических размеров колонны

Расстояние между тарелками принимаем равным 0,4 м, с=0,050 (1, с. 323)

;

скорость пара в колонне; коэффициент, зависящий от концентрации тарелок

Верх колонны

T₂=t₂+273.15=64.6+273.15=337.75 K

Плотность пара

T₀=t₀+273.15=99,2 + 273,15= 372,35 К

Низ колонны

Плотность пара

Принимаем ближайший больший диаметр:

D =1200 мм [5, стр. 618]

Пересчет скорости пара:

Расчет действительной предельной скорости пара для отгонной и укрепляющей частей колонны

Высота аппарата

Высота колонны

Н_Т=(n_общ-1)*h=0.4*(36-1)=14 м

[15, стр. 11] [1,стр.322]

Колонные аппараты с тарелками типа ТСН-II

Н_Н=0,8 м высота сепарационной части

Н_В=2,0 м высота кубовой части

Н_К=14+2,0+0,8=16,8 м

Расчет гидравлического сопротивления колонны

Гидравлическое сопротивление одной тарелки:



Дp = Дp_c + Дp_у + Дp_ж [Па],

где 1)Дp_c - потеря напора пара на преодоление местных сопротивлений на сухой тарелке.

Дp_c = ос_пw₀²/2

о = 1,85 (16, стр.34) - для ситчатых тарелок.

Для верхней части колонны:

Дp_c^в =1,85*1,048²_*1,135/2=1,15

Для нижней части колонны:

Дp_c^н =1,85*1,599²_*0,583/2=1,38

2) Дp_у - сопротивление, вызываемое силами поверхностного натяжения.

у - поверхностное натяжение на границе раздела пар-жидкость, Н/м

Дp_у = 4у/d_э, где

d_э = 0,028 мм (16, с. 35) h=14мм, d_э=2h= 2*14=28м

у^в = 18,90 дин/см, t=64,6 ⁰C (1, с. 526, табл. XXIV)

у^н = 59,03 дин/см, t=99,2 ⁰C (1, с. 526, табл. XXIV)

Дp_у^в = 4*18,90/28=2,70 Па

Дp_у ^н= 4*59,03/28=8,4 Па

3) Дp_ж - статическое сопротивление слоя жидкости на тарелке.

Дp_ж = K_Аh_жс_жg, где

K_А=0,6 - коэффициент аэрации жидкости или относительная плотность парожидкостной смеси (16, стр.36)

h_ж = h_w + h_wo - высота слоя жидкости на тарелке, где

h_w = 0,04 м (16, стр.36) высота перегородки

h_wo = 0,0029w_в^2/3 м - напор жидкости над сливной перегородкой

w_в = w_R/B - [м/м³ч] плотность орошения через сливную планку

В = 815 мм - (5, с. 616, табл. 24.9) длинна сливной перегородки

Для верха колонны:

w_R = ПR/с_ж =3600*1,312*0,484/752=3,04 м³/ч

w_в =3,04/0,815=3,73 м/м³ч

h_wo = 0,0029*3,73^2/3 = 0,0069м=0,0070м

h_ж = h_w+h_wo = 0,040+0,007 =0,047 м

Дp_ж = 0,60•0,047•752•9,81 = 208 Па

Для низа колонны:

w_R = ПR+w₁/с_ж = 3600•(1,312•0,484+1,39)/958 = 7,61 м³/ч

w_в = 7,61/0,815 = 9,33 м/м³ч

h_wo = 0,0029•9,33^2/3 = 0,013 м

h_ж = h_w+h_wo = 0,040+0,013 = 0,053 м

Дp_ж = 0,60•0,053•958•9,81 =298 Па

Полное гидравлическое сопротивление одной тарелки для верха колонны:

Дp^в = 1,15+2,7+208=212 Па

Для низа колонны:



Дp^н =1,38+8,43+298=308 Па

Полное гидравлическое сопротивление колонны:

Дp = 212*25+308*11=8681 Па

Расчет тепловой аппаратуры

Расчет кубового кипятильника

1)Расчет Q_кип

Q_кип = L₀C₀t₀- L₁C₁t₁+П(Rr_д+i_п)

С = С_А *а + С_В (1-а); 1ккал/кг ⁰С = 4,19^10³кДж/кгК

Определение удельной теплоёмкости

По номограмме: (1, стр.562, рис. ХI)



Температура	А кДж/кг*К	В кДж/кг*К
t0=99,2?C	2,72	4,22
t1=80,3?C	2,85	4,20
t2=64,6?C	2,98	4,18

С₀ =2,72*0,005+4,22(1-0,005)=4,21 кДж/кг•С

С₁ =2,85*0,35+4,20(1-0,35)=3,72 кДж/кг•С

С₂ =2,98*0,995+4,18(1-0,995)=2,98 кДж/кг•С

r- скрытая теплота парообразования

r_д = r_А *а₂ + r_В (1- а₂)

r_а =1100 кДж/кг (1, с. 541, табл. XLV) при t=99,2⁰C

r_в= 2348 кДж/кг (1, с. 541, табл. XLV)

r_д = 1100*0,995+2348(1-0,995)=1106 кДж/кг

i_п = С₂t₂+r_д =1106+2,98*64,6=1299 кДж/кг;

i- удельная энтальпия пара

Q_кип = 0,905*4,21*99,2-1,389*3,725*80,3+0,484(1,312*1106+1299)=1294 кВт

2)Расчет расхода греющего пара в кипятильнике:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Р_гр= 0,6 МПа

Tн=158,6 ⁰С

r_конд =2070 кДж/кг (1, с. 549, табл. LVII)

D_гр =1294/2070 =0,625 кг/с

D_гр = Q_кип/r_конд

3)Расчет коэффициента теплопередачи F,м²

Дt = t_гп - t₀ = 158,6-99,2 = 59,4 C

Коэффициент теплопередачи от конденсирующегося пара к жидкости:

Для водяного пара:

где H -- высота труб

с = 0,943 -- для вертикальных теплообменников

(1, с.537.табл XXXIX)

	T= 158,6 °С
теплопроводность конденсата 10-2 Вт/(м*К)	0,682
плотность конденсата кг/м3	908
вязкость конденсата 10-6Па*с	169
теплота парообразования r кДж/кг	2087

Коэффициент ц находим по формуле: при t=80,3⁰С

Мсм=18.04 кг/кмоль

м_воды=0,356*10-3Па*с

с_воды=972 кг/м³

м_смеси=0,330*10-3Па*с

с_смеси=873,2 кг/м³

В качестве материала, из которого сделаны трубы, выбираем (5, с.101):

Х17Н13М2Т

В₀ - коэффициент, учитывающий процесс испарения кубового остатка:

Давление в кубе:

Коэффициент теплопередачи:

Примем К_ор = 700 Вт/м²К. Методом итерации найдем К

K=	1165,09
K=	1392,97
K=	1466,07
K=	1485,98
K=	1491,14

По каталогу выбираем теплообменник (2, с.57):

одноходовой кожухотрубный теплообменник ГОСТ 15121-79

F =46 м²

l = 3000мм - поверхность теплообмена при длине труб

d_н•s =25*2 мм

f_тр =0,042 м² - площадь сечения одного хода по трубам

n=196 шт. -общее число труб

D=600 мм

Расчет и подбор дефлегматора-конденсатора

Q_к = П(R+1)r_д = 0,484(1,312+1)1106=1238

Примем температуру воды, входящей в дефлегматор, равной , а температуру выходящей воды .

Тогда расход охлаждающей воды:

Объемный расход воды:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Движущая сила теплообменного процесса: t t₀=64.6 ⁰C

F,м²

Примем К_ор = 700 Вт/м²К. Тогда:

По каталогу выбираем теплообменник (2, с.57):

двухходовой кожухотрубный теплообменник

F = 57 м²

l = 3000 мм - поверхность теплообмена при длине труб

d_нґs = 25ґ2 мм

f_тр =0,042 м² - площадь сечения одного хода по трубам

n = 240-общее число труб

с_смеси=752 кг/м³ при t₀=64.6 ⁰C

Коэффициент теплопередачи рассчитываем по формуле:

Рассчитаем коэффициенты уравнения:

1) Коэффициент А, учитывающий процесс конденсации



2)

	T=	64,6
теплопроводность конденсата Вт/(м*К)	0,656
плотность конденсата кг/м3	981
вязкость конденсата 10-3Па*с	0,440
теплота парообразования r кДж/кг	2339
ер=	0,7

(1, с.537.табл XXXIX)

2) Коэффициент теплоотдачи б:

Скорость движения воды:

По номограмме находим при (1, с.564):

Вычисляем Nu по формуле (9, с.18):

В качестве материала, из которого сделаны трубы, выбираем (5, с.101):

Х17Н13М2Т

Задаваясь различными значениями K, вычисляем составляющие уравнения теплопередачи

К1=	555,3
К2=	555,3
К3=	555,3
К3=	555,3
К3=	555,3

Методом итераций находим истинное значение К = 556 Вт/м²К

По каталогу выбираем теплообменник (2, с.57):

Шестиходовой кожухотрубный теплообменник

F =46 м²

l = 3000мм

d_н•s =25*2 мм

f_тр =0,042 м²

n=196 шт.

D=600 мм

Расчет подогревателя исходной смеси

В трубное пространство пускаем исходную смесь, в межтрубное пространство - водяной пар. Коэффициент теплопередачи примем равным 450 Вт/м²К.

Количество теплоты передаваемое исходной смеси

Q=w₁C₁(t_кон - t_нач) = 4.21*1.389*(80.3-22) = 340.9 кВт

Расход греющего пара:

D_гр = Q/r_гр = 340.9/2087 = 0,163 кг/с

r_гр=2087 КДж/кг

Поверхность теплообмена:

По каталогу подбираем (2, с.51):

одноходовой кожухотрубный теплообменник

D =325 мм

F = 7,5 м²

l = 1500 мм

d_нґs = 25х2 мм

f_тр = 0,021 м²

Расчет холодильника дистиллята

В трубное пространство пускаем холодную воду, в межтрубное пространство - дистиллят. Коэффициент теплопередачи примем равным 430 Вт/м²К. Количество теплоты передаваемое исходной смеси

Q=ПC₂(t_к - t_н) = 0,484*2,98*(64,6-30)=49,9 кВт

Охлаждающей воды:



G_гр = Q/ C_в(t_кв - t_нв) = 49,9/4,17*(10-22) = 0,664 кг/с

Поверхность теплообмена:

По каталогу подбираем (2, с.51):

одноходовой кожухотрубный теплообменник

D =325 мм

F = 7,5 м²

l = 1500 мм

d_нґs = 25х2 мм

f_тр = 0,021 м²

Расчет холодильника кубового остатка

В трубное пространство пускаем холодную воду, в межтрубное пространство - кубовый остаток. Коэффициент теплопередачи примем равным 30 Вт/м²К. Количество теплоты передаваемое исходной смеси

Q=w₀C₀(t₀ - t_к) = 0,905*4,21*(99,2-30)=263,7 кВт

Охлаждающей воды:

G_гр = Q/ C_в(t_кв - t_нв) = 72,9/4,19•15 = 1,160 кг/с

Поверхность теплообмена:

По каталогу подбираем (2, с.51):

одноходовой кожухотрубный теплообменник

D = 400 мм

F = 23 м²

l = 2000 мм

d_нґs =20х2 мм

f_тр = 0,036 м²



Расчет толщины обечайки

Толщину тонкостенной гладкой цилиндрической обечайки рассчитываем по формуле:

Нормативное допустимое напряжение для стали марки Х17Н13М2Т МН/м² (5, с.84), коэффициент з принимаем равным 1.

Поправка на коррозию, с учетом срока службы в 15 лет:

Получаем:

Минимальная рекомендуемая толщина обечайки без прибавки на коррозию составляет 4 мм. С учетом прибавки на коррозию и коэффициента запаса прочности, равного 2.4, примем:

S = 10 мм

Определение диаметра штуцеров

Диаметры штуцеров определяем из уравнения расхода:

1)Штуцер для вывода пара из колонны. Скорость примем равной 10 м/с:

2) Штуцер для подачи флегмы в колонну. Скорость подачи флегмы примем равной 1 м/с:

3) Штуцер для отвода кубового остатка. Скорость примем равной 1 м/с:

4) Штуцера для присоединения кипятильника. Из-за незнания объемного потока расхода жидкости, поступающей в кипятильник, диаметры штуцеров можно определить по формулам (7, с.48):

5) Штуцер для подачи исходной смеси. Скорость потока примем 1 м/с:

[3. стр. 63]

Сводная таблица штуцеров
Штуцер	dy, мм	dн, мм	D1, мм	Dб, мм	Dф, мм	h, мм	dб, мм	z	H, мм
Штуцера выпарного аппарата
1	400	426	465	495	535	24	M20	16	235
2	40	426	465	495	535	24	M20	16	235
3	40	426	465	495	535	24	M20	16	235
4	65	426	465	495	535	24	M20	16	235
5	100	426	465	495	535	24	M20	16	235
6	50	426	465	495	535	24	M20	16	235

Расчет опоры

Химические аппараты устанавливают на фундаменты чаще всего с помощью опор. Поскольку в нашем случае отношение, мы выбираем опору для вертикальных аппаратов типа II (5, с.672).

Толщина цилиндрической стенки опоры принимается равной или несколько меньше, чем толщина стенки корпуса аппарата. Примем:

Масса однополочной тарелки (ситчатой) равна 75 кг [5. Стр. 616]

Масса элиптического днища 75,3 кг [5. Стр. 598]

Массу крышки примем равной массе днища

Масса обечайки

М_об=2*р*R*H*S*с_ст=2*3,14*17*0,6*7700*0,010=4935 кг

Для удобства расчета, считаем, что колонна заполнена водой

M=Уm_i=75*36+75.3*2+4935+3.14+0.6²*17*1000=39830 кг

M=Уm_i=m_{т *} n_т + m_дн + m_кр + m_об + R² * П * Н *с_воды

Примем массу штуцеров, теплоизоляции и люков равной 15 тонн.

Для колонны массой 55 тонн (с запасом) выбираем [5, стр. 673]

M=39830+15000=54830 кг

Выбираем 4 опоры ОВ-II-Б-1600

4*10*1600=64000 кг

Четыре опоры выдерживают 64000 тонны.



Расчет эллиптического днища (крышки)

Толщина стенки эллиптического днища:

Радиус кривизны в вершине днища:

Примем эллиптическое днище с Н = 0,25D.

Днище сварное, состоит из двух частей:

Нормативное допустимое напряжение для стали марки Х17Н13М2Т у'=240 МН/м² (5, с.84), коэффициент з принимаем равным 1.

Получаем:

Учитывая коэффициент запаса прочности 2,4 и тот факт, что днище ослаблено вваренным штуцером, мы принимаем:

s = 10 мм



Расчет тепловой изоляции

Рассчитываем изоляцию кубового кипятильника. В качестве материала для тепловой изоляции выбираем стекловату , л = 0,055 Вт/м*К (1, с.529, табл.XXVIII).

Исходное уравнение:

Термическое сопротивление стадии конденсации греющего пара и кондуктивность стенки практически не влияют на толщину слоя изоляции, поэтому уравнение преобразуется к виду:

Рассчитаем коэффициент :

Получаем:

Коэффициент рассчитываем по формуле:

Потери в окружающую среду:

Подставляем полученные значения в уравнение:

Принимаем .

Расчет центробежных насосов

Центробежные насосы применяются для подачи исходной смеси на тарелку питания и для откачки продуктов разделения из колонны.

1) Центробежный насос для перекачки исходной смеси:

Геометрическая высота подъема смеси Н_геом = 8,5 м ( так как жидкость подается в середину колонны)

Температура 20°С

Располагаем 2 отвода под углом 90° и 2 прямоточных вентиля.

Диаметр трубопровода d_пит = 50 мм

Режим течения:

Вязкости ацетона и бензола (1, с.516, табл.IX):

Вязкости ацетона и бензола (1, с.516, табл.IX):

л=0,0032+0,221/Re^0.237=0.0032+0.221/42219^0.237=0,0209

Сумма коэффициентов местных сопротивлений (1, с.520-521):

Полный напор, развиваемый насосом:

Мощность насоса:

По каталогу принимаем (14, с.10):

Марка	Q, м3/с	H, м ст. жидкости	n, c-1	зн	Электродвигатель
					тнп	Nн квт	зд
X8/I8	2,4-10^-3	11,3	48,3	0,4	А02-31-2	3	-



2) Центробежный насос для перекачки флегмы:

Геометрическая высота подъема смеси Н_геом = 20 м

Располагаем 2 отвода под углом 90° и 2 прямоточных вентиля.

Диаметр трубопровода d_пит = 40 мм

Режим течения:

Вязкости ацетона и бензола (1, с.516, табл.IX):

Коэффициент гидравлического сопротивления

л=0,0032+0,221/Re^0.237=0.0032+0.221/47886^0.237=0.0204

Сумма коэффициентов местных сопротивлений (1, с.520-521):

Полный напор, развиваемый насосом:

По каталогу принимаем (14, с.9):

Марка	Q, м3/с	H, м ст. жидкости	n, c-1	зн	Электродвигатель
					тнп	Nн квт	зд
Х8/30	2,4-10^-3	24	48,3	0,5	-	-	-

Подбор емкостей

Рассчитаем размеры емкостей из условия непрерывной работы установки в течение 6 часов. Коэффициенты запаса примем равными 0,7.

1) Емкость для хранения исходной смеси:

2) Емкость для хранения дистиллята:

3) Емкость для хранения кубового остатка:



По каталогу принимаем емкости (10, табл.6):

Условное обозначение	Условное давление, МПа	D	Sк/Sd	l	L*	B*	H*	Масса, кг	Объем, м3
		мм		номин.	рабочий
ГЭЭ1-1-63	1,0	2800	12/14	9000	10710	3020	3720	11440	63	52,4
ГЭЭ1-1-25	1,0	2400	12	4500	5955	2585	3315	5800	25	20,9
ГЭЭ1-1-40	1,0	2400	12	8000	9455	2610	3315	8365	40	34,3

Расчет и подбор конденсатоотводчиков

Для отвода конденсата, образующегося при работе теплообменных аппаратов, в зависимости от давления пара применяют различные виды устройств.

При начальном давлении 0,06 МПа и более рекомендуется устанавливать конденсатоотводчики поплавковые муфтовые, которые надежно работают при перепаде давления более 0,05 МПа, при постоянном и переменном режиме расходования пара.

1) Расчетное количества конденсата после теплообменного аппарата:

G=1.2D,

где D- расход греющего пара

D_кип=0.644 кг/с

D_под=0,163 кг/с

G_кип=0,644*1,2=0,772 кг/ч=2,78 т/ч

G_под=0,163*1,2=0,196 кг/с=0,706 т/ч

2) Конденсатоотводчики устанавливают на некотором расстоянии от теплообменного аппарата, поэтому давление перед конденсатоотводчиком отличается от давления греющего пара:

Р=0,95*Р_гр=0,95*0,6=0,57 Мпа

3) Давление пара после конденсатоотводчика:

Р'=0,5*Р=0,57*0,5=0,285 МПа

Перепад давления:

ДР=Р-Р'=0.57-0.285=0.285 МПа

4) Степень переохлаждения конденсата:

Условная пропускная способность:

Таким образом, выбираем термодинамические конденсатоотводчики 45ч13нж четыре шутки [9,c.7, табл. 2]



Диаметр условного прохода Dy, мм	Масса, кг	Условное обозн.	Допуст. Перепад давл. Др, МПа	Диаметр сменного седла, мм	Условная пропускная способность, KVY, т/ч
50	26,5	45ч13нж	0,03-0,5	16,5	6,3

Размеры термодинамического конденсатоотводчика 45ч13нж

Диаметр условного прохода Dy	D	L	Li	Н
50	250	24	50	390

Выбираем термодинамический конденсатоотводчик 45ч13нж [9,c.7, табл. 2]

Диаметр условного прохода Dy, мм	Масса, кг	Условное обозн.	Допуст. Перепад давл. Др, МПа	Диаметр сменного седла, мм	Условная пропускная способность, KVY, т/ч
40	16,5	45ч13нж	0,03-0,4	14	4

Размеры термодинамического конденсатоотводчика 45ч13нж

Диаметр условного прохода Dy	D	L	Li	Н
40	215	722	50	350



Список используемой литературы

1) Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А., Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии, М: ООО «РусМедиаКонсалт», 2004

2) Дытнерский Ю.И., Борисов Г.С., Основные процессы и аппараты химической технологии, М: Химия, 1991

3) Б.Г Варфоломеев, В.В. Карасев, Конструктивное оформление выпарных аппаратов, М: МИТХТ им. М.В.Ломоносова, 2000

4) Варгафтик Н.Б., Справочник по теплофизическим свойствам жидкостей и газов, М: «Наука», 1972

5) Лащинский А.А., Толчинский А.Р., Основы конструирования и расчета химической аппаратуры, Л: «Машиностроение», 1970

6) Айнштейн В.Г., Общий курс процессов и аппаратов химической технологии, М: Химия, 1999

7) Носов Г.А., Захаров М.К., Конструктивное оформление колонных аппаратов, М: МИТХТ им. М.В.Ломоносова, 2000

8) Михеев М.А., Михеева И.М., Основы теплопередачи, М: Энергия, 1977

9) Алексеев П.Г., Гольцова И.Г., Тепловые процессы: Методическое пособие для самостоятельной работы студентов, М: МИТХТ им. М.В.Ломоносова, 2007

10) Каталог, Емкостные стальные сварные аппараты, М: Цинтихимнефтемаш, 1982

11) Варфоломеев Б.Т., Карасев В.В., Тепловая изоляция аппаратов, М: МИТХТ им. М.В.Ломоносова, 1989

12) Справочник «Промышленная теплоэнергетика и теплотехника», М: Энергоатомиздат, 1983

13) Мясоедников В.М., Подбор и расчет конденсатоотводчиков, М: МИТХТ им. М.В.Ломоносова, 1989

14) Каталог «Центробежные насосы типа АХ-(А,К,Е,И)», М: Цинтихимнефтемаш, 1972

15) Каталог «Колонные аппараты» М: Цинтихимнефтемаш, 1972

16) М.К. Захаров «Ректификационная установка непрерывного действия» М: МИТХТ им. М.В.Ломоносова, 2010.

Размещено на Allbest.ru