Размещено на http://www.allbest.ru/

Московский Государственный Университет

Инженерной Экологии

Кафедра «Процессы и аппараты химической технологии»

Курсовой проект

по теме: «Ректификационная установка для разделения

смеси бензол - толуол»

Студентка: Суворова О.В.

Группа: Н - 40

Преподаватель: Касаткин Д.В.

1. Описание процесса ректификации

Ректификация - разделение жидких однородных смесей на составляющие вещества или группы составляющих веществ в результате противоточного взаимодействия паровой смеси и жидкой смеси.

Возможность разделения жидкой смеси на составляющие её компоненты ректификацией обусловлена тем, что состав пара, образующегося над жидкой смесью, отличается от состава жидкой смеси в условиях равновесного состояния пара и жидкости.

Сущность процесса ректификации рассмотрим на простейшем примере разделения двухкомпонентной смеси, как и в случае нашего задания по курсовому проектированию, где требуется спроектировать ректификационную установку для разделения смеси «бензол-толуол». При ректификации исходная смесь делится на две части: часть, обогащенную легколетучим компонентом (ЛЛК), называемую дистиллятом, и часть, обедненную ЛЛК, называемую кубовым остатком.

Обозначим: Gf - количество смеси, поступающей на ректификацию;

Gp - количество поступающего дистиллята;

Gw - количество получающегося кубового остатка;

Xf, Xp, Xw - содержание ЛЛК в исходной смеси, дистилляте и

кубовом остатке соответственно.

Тогда материальный баланс разделения:

для всей смеси:

Gf = Gp + Gw;

для легколетучего компонента в смеси:

Gf*Xf = Gp*xp + Gw*Xw.

Обычно ректификационный аппарат состоит из двух частей: верхней и нижней, каждая из котрых представляет собой организованную поверхность контакта фаз между паром и жидкостью.

В нижней части исходная смесь взаимодействует с паром, начальный состав которого равен составу кубового остатка. Вследствие этого из смеси извлекается легколетучий компонент.

В верхней ступени пар начального состава соответствующий составу исходной смеси, взаимодействует с жидкостью, начальный состав которой равен составу дистиллята. Вследствие этого пар обогащается легколетучим компонентом до требуемого предела, а менее летучий компонент извлекается из паровой фазы. ректификационный дистиллят молярный

Пар для питания ректификационной колонны получается многократным испарением жидкости, имеющей тот же состав, что и кубовый остаток, а жидкость - многократной конденсацией пара, имеющего состав, одинаковый с составом дистиллята.

Рассматривая взаимодействие пара и жидкости в колонне, принимается допущение:

1. Мольные теплоты испарения компонентов одинаковы, поэтому каждый кмоль пара при конденсации испаряет соответственно кмоль жидкости и, следовательно, мольный поток пара, движущегося снизу вверх, одинаков в любом сечении аппарата.

2. При конденсации пара в конденсаторе не происходит изменения состава пара, и, следовательно, состав пара, уходящего из колонны, равен составу дистиллята: Xp = Yp.

3. При испарении жидкости в нижней части аппарата не происходит изменения ее состава, и, следовательно, состав пара, образующегося в испарителе, равен составу кубового остатка: Xw = Yw.

Полученный в конденсаторе дистиллят делится на две части. Одна часть направляется обратно в колонну - флегма, другая является отбираемым продуктом - дистиллят. Отношение количества возвращенного в колонну дистиллята (флегмы) к количеству дистиллята, отобранного в виде продукта - называется флегмовым числом R.

Количество пара, полученного в нижней части колонны, и проходящего по ней, равно:

при D = R + 1.

Это равенство доказывает, что разделение смеси при ректификации возможно в результате взаимодействия потоков пара и жидкости в колонне, при кратности испарения равной R + 1, и кратности конденсации, равной R.

Флегмовое число:

Уравнения рабочих линий для верхней и нижней частей ректификационной колонны соответственно:

Эти уравнения связывают составы в паре (Y) и жидкости (X) в любом произвольном сечении в соответственно укрепляющей и исчерпывающей частях колонны.

2. Описание технологической схемы ректификационной установки

Разработанная ректификационная установка - непрерывного действия.

Исходная смесь поступает со склада в емкость Е1. На емкости устанавливают прибор для измерения уровня, который показывает и сигнализирует о предельном верхнем и нижнем его значении. При достижении верхней отметки прекращают подачу исходной смеси в емкость, при достижении нижней - возобновляют.

Из емкости Е1 жидкостная смесь окачивается центробежным насосом Н1. Насос продублирован на случай отказа запасным насосом Н2. Также предусмотрена обводная (байпасная) линия, работающая в случае останова установки на ремонт или профилактику, которая служит для спуска жидкости из трубопровода.

В установке предусмотрено рациональное использование тепла. Тепло отходящих потоков используется для нагревания всходящих, то есть нагревают исходную смесь за счет тепла жидкости, удаляющейся из нижней части колонны, так называемого кубового остатка. Данный теплообмен осуществляется в рекуператоре Х1. Это теплообменный кожухотрубчатый аппарат, в одно пространство которого подается насосом исходная смесь, а в другое - кубовый остаток.

После выхода из рекуператора исходная смесь нагревается, но не до температуры кипения. Дальнейший нагрев смеси осуществляют в подогревателе П. В трубное пространство этого кожухотрубчатого теплообменника поступает подогретая исходная смесь, а в межтрубное - греющий пар, подаваемый по трубопроводу из котельной. Пар, конденсируясь, отдает свое тепло исходной смеси, нагревая ее до температуры кипения.

Температура исходной смеси регулируется специальным прибором.

Далее кипящая смесь поступает в колонну на ректификацию.

В колонне пары исходной смеси идут вверх, обогащаясь бензолом, а жидкая фаза идет на орошение нижней части.

Жидкость, выводимая из нижней части колонны, частично отводится в емкость Е2, проходя при этом через рекуператор Х1 (см. выше), а частично подается в кипятильник К, который нагревает остаток до температуры кипения и полностью испаряет его. После выхода из кипятильника кубовый остаток полностью переходит в пар. Нагрев осуществляют греющим паром, поступающим из котельной.

Сконденсировавшиеся пары греющего пара из подогревателя и кипятильника удаляют с помощью конденсатоотводчиков КО2 и КО1 соответственно. Для обеспечения непрерывной работы установки при ремонте и осмотре водоотводчиков их снабжают обводной (байпасной) линией.

Пар из кипятильника поднимается вверх по колонне, соединяется с парами исходной смеси, и, все более обогащаясь бензолом, выходит через верхний штуцер. Затем он направляется на конденсацию в дефлегматор Д.

В дефлегматоре пары бензола конденсируются за счет охлаждающей воды.

Конденсат поступает в емкость Е4. Здесь он делится на два потока: жидкость, отбираемую на орошение колонны - флегму и готовый продукт - дистиллят. Флегма закачивается в колонну насосом Н7, который продублирован насосом Н8. Для спуска жидкости при останове установки предусмотрена обводная (байпасная) линия.

Флегма, поданная в колонну на орошение, смешивается с исходной смесью и стекает по тарелкам в куб колонны.

Дистиллят, протекая по трубопроводу, подводится к холодильнику Х2, где он охлаждается до нужной температуры холодной водой. Охлаженный дистиллят поступает в емкость Е3. Здесь также установлен прибор для измерения уровня, включающий насос Н6 при достижении количеством готового продукта - бензола - заданной отметки.

Оборотная вода поступает по трубопроводу 1 и удаляется после выполнения заданных функций по трубопроводу 10.

Греющий пар подается по трубопроводу 2 и удаляется в виде конденсата по линии 3.

При остановке ректификационной установки на ремонт или профилактику спускают остатки жидкости из труб, открывая байпасные линии, в емкости, а из них жидкость сливают в канализацию 5.

3. Расчет тарельчатой ректификационной колонны

3.1 Определение производительности по дистилляту и кубовому остатку

Материальный баланс всей ректификационной колонны может быть представлен двумя уравнениями: по всему продукту по легколетучему компоненту

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

где Xf, Xp, Xw - молярные составы (мольные доли) легколетучего компонента (ЛЛК) соответственно в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке.

Из этих формул, если вместо молярного состава в расчетах использовать массовый состав (соответственно af, ap, aw), то будем иметь:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

расход дистиллята:

расход кубового остатка:

3.2 Определение молярных концентраций исходной смеси, дистиллята и кубового остатка

Размещено на http://www.allbest.ru/



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

где: х- содержание ЛЛК в бинарной смеси в мольных долях;

a - содержание ЛЛК в бинарной смеси компонентов А и В в массовых долях;

Ма и Мв - молекулярные веса компонентов А и В соответственно.

Для бензола Ма=78г/моль, для толуола Мв=92г/моль.

Тогда:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

3.3 Построение равновесной кривой и изобары температур кипения и конденсации (рис. 1)

Данные по равновесию приведены в таблице:

Таблица 1.

Хмол %	0	5	10	20	30	40	50	60	70	80	90	95	100
Умол %	0.000	10.838	20.57	37.23	50.84	62.061	71.374	79.16	85.71	91.254	95.97	98.063	100
T0 C	110.6	108.4	106.2	102.2	98.61	95.3	92.25	89.44	86.84	84.43	82.19	81.12	80.1

3.4 Определение минимального флегмового числа (рис.2)

На диаграмме проводим прямую линию из т. Xp через Xf до пересечения с осью ординат. Полученный отрезок Bmax = 0.3513

Тогда:

Размещено на http://www.allbest.ru/

3.5 Определение оптимального флегмового числа (рис.2-6)

Для ряда значений флегмового числа, больших, чем Rmin=1.774, находим значения отрезков В (табл.2).

Таблица 2.

R	1.8	1.9	2.0	2.1	2.2	2.3	2.4	2.6
B	0.348	0.336	0.325	0.314	0.304	0.295	0.286	0.271

Отрезки В откладываем на диаграмме Y-X. Соединяем верхние точки отрезков В на диаграмме с точкой 2 и получаем ряд рабочих линий верхней части колонны. Соединяя точки 3 пересечения рабочих линий верхней части колонны с линией Xf с точкой 1, получим ряд рабочих линий нижней части колонны. Для каждого выбранного флегмового числа и значений X в пределах заданных концентраций жидкости от Xw=0.012 до Xp=0.974 по диаграмме находим движущие силы процесса 1/(Х-Х*), как величины отрезков по горизонтали между кривой равновесия и соответствующими линиями рабочих концентраций и вычисляем величины. Результаты приведены в таблице:

Таблица 3.

X	R = 1.8	R = 1.9	R = 2.0	R = 2.1	R = 2.2	R = 2.3	R = 2.4	R = 2.6
0.012	151.63	151.63	151.63	151.63	151.63	151.63	151.63	151.63
0.1	36.49	35.27	34.22	33.24	32.39	31.67	30.98	29.89
0.2	27.15	25.47	24.1	22.88	21.87	21.05	20.28	19.13
0.3	38.88	32.91	28.88	25.76	23.47	21.74	20.26	18.21
0.367	533.62	114.92	67.19	47.63	37.75	31.86	27.6	22.61
0.4	66.59	46.04	35.98	29.59	25.51	22.75	20.5	17.66
0.5	20.03	17.8	16.17	14.83	13.79	12.99	12.26	11.26
0.6	13.14	12.24	11.28	10.88	10.37	9.95	9.56	8.99
0.7	10.98	10.43	9.98	9.56	9.22	8.93	8.66	8.25
0.8	10.93	10.51	10.16	9.84	9.56	9.32	9.1	8.75
0.9	13.86	13.51	13.21	12.92	12.67	12.45	12.24	11.9
0.974	24.81	24.81	24.81	24.81	24.81	24.81	24.81	24.81

Для каждого значения R методом графического интегрирования находим число единиц переноса (рис.3,4,5,6 и таблица 4).

Таблица 4.

R	1.8	1.9	2.0	2.1	2.2	2.3	2.4	2.6
R + 1	2.8	2.9	3.0	3.1	3.2	3.3	3.4	3.6
mx	50.24	27.69	23.67	21.95	20.78	20.26	19.68	18.64
mx(R+1)	140.67	80.3	71.01	68.05	66.5	66.86	66.9	67.01

Наносим на диаграмму зависимости m_x(R+1) от R (рис.8) эти данные и находим минимум m, которому соответствует оптимальное рабочее флегмовое число Ronm=2.2.

3.6 Определение потоков пара по колонне

Объёмный поток пара по колонне:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

где: Р - давление в колонне, P = 1 атм;

Ronm - оптимальное флегмовое число, Rоnm = 2.2;

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

tср - средняя температура пара по колонне, tср = 99.6 С;

Размещено на http://www.allbest.ru/

Молярный расход жидкости: в верхней части колонны:

Размещено на http://www.allbest.ru/

в нижней части колонны:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Mf = 79.53 г/моль - молярная масса исходной смеси.

3.7 Определение диаметра колонны и основных характеристик контактного устройства

Предельная скорость пара для колпачковых тарелок:

Размещено на http://www.allbest.ru/

где: Н = 600 мм - принятое расстояние между тарелками;

х = 801 кг/м³ - средняя плотность жидкости по колонне;

у = 3.05 кг/м³ - средняя плотность пара по колонне

dк = 100 мм - диаметр колпачка;

Рабочая скорость пара в свободном сечении колонны Wраб = 0.85…0.9Wпр. Принимаем:

Диаметр ректификационной колонны:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Принимаем Dк = 2000 мм.

3.8 Выбор типа и гидравлический расчет контактного устройства

Контактное устройство по заданию - колпачковая тарелка. Выбираем тарелку ТСКР для диаметра 2000 мм. Количество секций - 6, периметр слива L = 1455 мм, диаметр колпачка dк = 100 мм, количество колпачков - 116, расстояние между колпачками - 140 мм.

Приемный и сливной карманы занимают 15% площади тарелки, суммарная площадь прорезей всех колпачков - 10%.

Общее гидравлическое сопротивление тарелки определяется по формуле:

Размещено на http://www.allbest.ru/

где: Pсух - сопротивление сухой тарелки, Па;

Р - сопротивление, вызванное силами поверхностного натяжения, Па;

Рст - статическое сопротивление слоя жидкости на тарелке, Па;

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

где: - коэффициент сопротивления, для колпачковой тарелки принимается 5.5

у - средняя плотность пара в колонне;

Wраб - скорость пара в колонне;

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

где: - поверхностное натяжение,

dэ - эквивалентный диаметр прорези колпачка,

П - периметр и fпр - площадь прорези колпачка,



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

где: п - плотность парожидкостного слоя на тарелке,

hст - высота барботажа на тарелке,

hотк - высота открытия прорезей, принимается равной высоте прорезей 0.03м,

Размещено на http://www.allbest.ru/

hпогр - высота погружения прорезей, принимается равной 0.025м,

h - величина превышения уровня жидкости над сливной перегородкой, при средних диаметрах колонн можно не учитывать.

Следовательно, общее гидравлическое сопротивление тарелки:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проверяем выбранное расстояние между тарелками: минимальное расстояние между ними должно быть равным:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Выбранное ранее расстояние между тарелками H = 600 мм подходит.

3.9 Определение кинематических коэффициентов

Молярный расход пара по колонне:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рабочая площадь тарелки:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Значение коэффициента массоотдачи в паровой фазе:

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

где: xf₁ - опытное значение коэффициента массоотдачи,

Dх₁ - опытный коэффициент диффузии в жидкой фазе,

Dж₉₅ - коэффициент диффузии в жидкой фазе для рассчитываемой разделяемой смеси,



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

где: Dж₂₀ - рассчитываемый коэффициент диффузии при t = 20 ^o C,

Размещено на http://www.allbest.ru/

вязкость смеси

мольные объемы компонентов А и В

молярные массы компонентов А и В

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Общий коэффициент массопередачи Kyf:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

где m - тангенс угла наклона линии равновесия,

Так как величина m является переменной по высоте колонны, находим ее значения для различных концентраций, используя диаграмму Y - X. Предварительно на диаграмму наложим кривую равновесия и линии рабочих концентраций 1 - 3 - 2 при оптимальном значении флегмового числа Ronm = 2.2 (рис.7). В пределах от Xw до Xp выбираем ряд значений X. Для каждого значения X определяем по диаграмме величины (Y* - Yн) и (X - X*) как разность между равновесной и рабочей линиями, а затем по этим значениям находим m (Таблица 5).

Таблица 5.

X	X - X*	Y* - Yн	m
0.012	0.0066	0.01436	2.176
0.1	0.0291	0.05874	2.019
0.2	0.0457	0.07197	1.575
0.3	0.0426	0.0574	1.347
0.367	0.0265	0.0295	1.113
0.4	0.0392	0.0415	1.059
0.5	0.0725	0.0658	0.908
0.6	0.0964	0.0749	0.777
0.7	0.1085	0.0716	0.660
0.8	0.1046	0.0582	0.556
0.9	0.0789	0.0366	0.464
0.974	0.0403	0.016	0.397

Далее подставляем в уравнение общего коэффициента массопередачи полученные значения xf, yf и m для различных значений Х. Результаты заносим в таблицу 6.

Таблица 6.

X	0.012	0.1	0.2	0.3	0.367	0.4	0.5	0.6	0.7	0.8	0.9	0.974
Kyf	162.8	165.0	171.7	175.3	179.2	180.1	182.7	185.0	187.2	189.2	190.9	192.2

3.10 Построение кинетической кривой и определение числа тарелок

Для построения кинетической кривой на диаграмме Y - X используем формулу:



Размещено на http://www.allbest.ru/

Подставляя в эту формулу значения общего коэффициента массоотдачи, полученного для каждого X, находим длины отрезков (Y* - Yк).

Таблица 7.

X	0.012	0.1	0.2	0.3	0.367	0.4	0.5	0.6	0.7	0.8	0.9	0.974
Y* - Yк	0.004	0.016	0.019	0.015	0.007	0.01	0.016	0.018	0.017	0.013	0.008	0.004

На диаграмме Y - X (рис. 7) откладываем (Y* - Yк) от равновесной линии вниз. Полученные точки соединяем плавной линией. Построенная кривая является кинетической кривой.

Число реальных тарелок, которое обеспечивает заданную четкость разделения, находим путем построения ступенчатой линии между рабочей и кинетической линиями. Построение ступенчатой линии проводим от концентраций Xf, Xp и от Xf, Xw.

Число ступеней в пределах концентраций Xf…Xp равно числу реальных тарелок в укрепляющей секции колонны. Число ступеней в пределах концентраций Xf…Xw равно числу реальных тарелок исчерпывающей секции колонны.

В результате построения получаем:

число реальных тарелок в укрепляющей секции колонны - 11;

число реальных тарелок в исчерпывающей секции колонны - 15;

общее число тарелок - 26.

3.11 Определение гидравлического сопротивления колонны

Суммарное гидравлическое сопротивление колонны:

Размещено на http://www.allbest.ru/

где: n - общее число тарелок в колонне, равное 26.

4. Расчет проходного диаметра штуцеров колонны и выбор фланцев

Штуцер для входа исходной смеси

Размещено на http://www.allbest.ru/

где: Vи - объемный расход исходной смеси, м³/с ;

Размещено на http://www.allbest.ru/

wи - скорость потока, так как смесь поступает в колонну под напором, принимаем скорость равной 1 м/с;

Gи - массовый расход исходной смеси, кг/с;

Размещено на http://www.allbest.ru/

и - плотность исходной смеси, кг/м³;

Принимаем диаметр штуцера dи = 100 мм.

4.1 Штуцер для выхода пара в дефлегматор

Размещено на http://www.allbest.ru/

где: Vп - объемный расход пара, м³/с ;

wп - скорость потока пара, принимаем равной 20 м/с;



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Gп - массовый расход пара, кг/с;

у - плотность пара, кг/м³;

Mд - молярная масса конечного пара/флегмы;

Размещено на http://www.allbest.ru/

Принимаем диаметр штуцера dп = 400 мм.

4.2 Штуцер для входа флегмы в колонну

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

где: Vф - объемный расход флегмы, м³/с;

Ф - массовый расход флегмы, кг/с;

ф - плотность флегмы, кг/м³;

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Принимаем диаметр штуцера dф = 100 мм.

4.3 Штуцер для выхода кубовой жидкости

Размещено на http://www.allbest.ru/

где: Vк - объемный расход кубовой жидкости, м³/с;

Размещено на http://www.allbest.ru/

Gк - массовый расход кубовой жидкости, кг/с;

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Gw - массовый расход кубового остатка, кг/ч;

L - массовый расход флегмы, кг/ч;

Wк - скорость истечения. Так как жидкость выходит самотеком, принимаем 0.3 м/с.

Принимаем диаметр штуцера dк = 300 мм.

4.4 Штуцер для входа пара из кипятильника

Размещено на http://www.allbest.ru/

где: Vц - объемный расход пара, выходящего из кипятильника, м³/с;

Gц - массовый расход циркуляционного пара кг/с;

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Gкуб = Gw

Размещено на http://www.allbest.ru/

п - плотность пара из кипятильника, кг/м³;

Mср - молярная масса пара;

Wц - скорость входа потока пара из кипятильника, принимаем 30 м/с.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Принимаем диаметр штуцера dц = 400 мм.

4.5 Изготовление штуцеров и выбор фланцев

Для упрощения конструктивных деталей колонны, будем изготовлять штуцера из отрезков труб соответствующих диаметров. Внешний вылет штуцеров составляет 1.5 от диаметра штуцера, внутренний - 0.3. Чтобы предупредить попадание жидкости во внутреннее пространство штуцера, подающего циркуляционный пар, труба, из которой он изготовлен, обрезается под углом книзу.

К выступающим отрезкам труб привариваются фланцы плоские стальные (4, стр. 547).

5. Выбор насосов

5.1 Насос для подачи исходной смеси

Выбираем центробежный насос марки Х⁴⁵/₃₁

5.2 Насос для подачи флегмы в колонну и насос для подачи дистиллята в холодильник

Выбираем центробежный насос марки Х⁴⁵/₃₁

6. Расчет кожухотрубчатого конденсатора (дефлегматора).

6.1 Определение данных для расчета

Размещено на http://www.allbest.ru/

Молярный расход паров:

Массовый расход паров:

Размещено на http://www.allbest.ru/

где: Мср - молярная масса пара, равная 78.364;

Удельная теплота конденсации смеси: r = 519.6 кДж/кг;

Температура конденсации: 80.5 ^о С;

Свойства конденсата при температуре конденсации:

Плотность:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Динамическая вязкость:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Коэффициент теплопроводности:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тепло конденсации отводим водой с начальной температурой:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Примем температуру воды на выходе из конденсатора:

Размещено на http://www.allbest.ru/

При средней температуре t = 20 ^о С воды имеет следующие свойства:

Плотность:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Теплоемкость:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Теплопроводность:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Динамическая вязкость:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Прандтль:

Размещено на http://www.allbest.ru/

6.2 Тепловой расчет

6.2.1 Тепловая нагрузка аппарата:

Размещено на http://www.allbest.ru/

6.2.2 Расход воды:

Размещено на http://www.allbest.ru/

6.2.3 Средняя разность температур:

6.2.4 Ориентировочное значение поверхности

Размещено на http://www.allbest.ru/

Примем значение коэффициента теплоотдачи К = 500 Вт/м²К, тогда:



Размещено на http://www.allbest.ru/

По каталогу ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШа, 1991г., «Кожухотрубчатые теплообменные аппараты общего и специального назначения» принимаем наиболее близкий к ориентировочному значению площади поверхности конденсатор КНГ: двухходовой, с одной плоской и одной эллиптической крышкой, диаметром кожуха 800 мм, длиной труб - 4000мм, диаметром труб 25х2 мм и поверхностью теплообмена 138 м².

Проводим тепловой расчет выбранного конденсатора:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Число Рейнольдса:

Коэффициент теплоотдачи к воде:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Коэффициент теплоотдачи от пара, конденсирующегося в пучке горизонтальных труб:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Сумма термодинамических сопротивлений стенки труб из нержавеющей стали и загрязнений со стороны воды и пара:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Коэффициент теплопередачи:

Требуемая поверхность теплообмена:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Имеем запас по площади:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Толщину обечайки кожуха дефлегматора по рекомендации каталога ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШа, 1991г., «Кожухотрубчатые теплообменные аппараты общего и специального назначения» принимаем 10 мм.

Диаметры штуцеров для входа и выхода охлаждающей воды по каталогу - 250 мм. Диаметр штуцера для входа пара и соответствует штуцеру выхода пара из колонны, а штуцер для слива конденсата соответствует штуцеру для входа флегмы.

6.3 Расчет трубных решеток и фланцев кожуха

Толщина трубной решетки, исходя из закрепления труб развальцовкой с обваркой, определяется из условия:

Размещено на http://www.allbest.ru/

где: dн - наружный диаметр трубы, равный 25 мм;

tр - шаг между трубами, равный 43 мм.

В соответствии с ГОСТ 28759.2 - 90 «Фланцы сосудов и аппаратов плоские приварные» для конденсатора с D = 800 мм и Ру = 0.6 Мпа толщина фланцев равна 40 мм. Так как фланцы у нас являются одной деталью с трубной решеткой, то толщина ее, соответственно, тоже 40 мм.

7. Расчет и выбор теплообменников

7.1 Кипятильник

Исходные данные:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расход пара, кг/с:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Коэффициент теплопередачи, Вт/м²К:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Температура жидкости, ^оС:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Температура греющего пара, ^оС:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Удельная теплота парообразования смеси, кДж/кг:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Удельная теплота конденсации воды, кДж/кг:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тепловая нагрузка аппарата, Вт:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расход греющего пара, кг/с:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Средняя разность температур, ^оС:

Площадь поверхности теплообмена:

Размещено на http://www.allbest.ru/

По каталогу ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШа, 1991г., «Кожухотрубчатые теплообменные аппараты общего и специального назначения», выбираем испаритель ИН-1 одноходовой с площадью теплообмена 41 м². Диаметр кожуха - 600 мм, длина труб - 2000мм, количество - 131шт.

7.2 Холодильник

Исходные данные:

Расход дистиллята, кг/с:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Коэффициент теплопередачи, Вт/м²К:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Температура дистиллята, ^оС:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Температура охлаждающей воды, ^оС:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Теплоемкость воды, Дж/кгК:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тепловая нагрузка аппарата, Вт:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расход охлаждающей воды, кг/с:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Средняя разность температур, ^оС:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Площадь поверхности теплообмена, м²:

Размещено на http://www.allbest.ru/

По каталогу ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШа, 1991г., «Кожухотрубчатые теплообменные аппараты общего и специального назначения», выбираем холодильник ХК двухходовой с площадью теплообмена 24 м². Диаметр кожуха - 426 мм, длина труб - 3000 мм.

7.3 Рекуператор

Исходные данные:

Расход греющей жидкости (кубовая жидкость), кг/с:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расход обогреваемой жидкости (исходная смесь), кг/с:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Коэффициент теплопередачи, Вт/м²К:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Температура исходной смеси, ^оС:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Температура кубовой жидкости, ^оС:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Теплоемкость исходной смеси:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Теплоемкость кубовой жидкости:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тепловая нагрузка аппарата:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Конечная температура исходной смеси:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Средняя разность температур:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Площадь поверхности теплообмена:

Размещено на http://www.allbest.ru/

По каталогу ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШа, 1991г., «Кожухотрубчатые теплообменные аппараты общего и специального назначения», выбираем теплообменник одноходовой с площадью теплообмена 77 м². Диаметр кожуха - 600 мм, длина труб - 3000 мм.

7.4 Подогреватель

Исходные данные:

Расход исходной смеси, кг/с:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Коэффициент теплопередачи, Вт/м²К:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Температура жидкости, ^оС:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Температура греющего пара, ^оС:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Удельная теплота конденсации воды, кДж/кг:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тепловая нагрузка аппарата, Вт:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расход греющего пара, кг/с:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Средняя разность температур, ^оС:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Площадь поверхности теплообмена:



Размещено на http://www.allbest.ru/

По каталогу ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШа, 1991г., «Кожухотрубчатые теплообменные аппараты общего и специального назначения», выбираем теплообменник двухходовой с площадью теплообмена 51 м². Диаметр кожуха - 600 мм, длина труб - 3000 мм.

8. Тепловой баланс процесса ректификации

Q₁ + Q₂ + Q₃ = Q₄ + Q₅ + Q₆

Q₁ = 3154000 - тепло, поступающее в кипятильник ректификационного аппарата с греющим паром, Вт.

Q₂ = 1286600 - тепло, поступающее с разделяемой смесью, Вт.

Q₃ = 428900 - тепло, поступающее с флегмой, Вт.

Q₄ = 3849000 - тепло, уходящее с парами, Вт.

Q₅ = 102298 - тепло, уходящее с остатком, Вт.

Q₆ - тепло, выделяемое в окружающую среду.

Q₆ = Q₁ + Q₂ + Q₃ - Q₄ - Q₅ = 918202 Вт.

Для снижения тепловых потерь возможно применение тепловой изоляции как на колонне и теплообменниках, так и на трубопроводах.

Список литературы

«Основные процессы и аппараты химической технологии», пособие по проектированию под ред. Ю. И. Дытнерского. М., «Химия» 1991 г.

К.Ф. Павлов, П. Г. Романков, А. А. Носков. «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии». Л., «Химия», 1987г.

Г. Я. Рудов, Д. А. Баранов. «Расчет тарельчато ректификационной колонны», методические указания. М., МГУИЭ, 1998г.

А. А. Лащинский, А. Р. Толчинский. «Основы конструирования и расчета химической аппаратуры». М, 1968г.

«Краткий справочник физико-химических величин». М., «Химия», 1967г.

Каталог «Кожухотрубчатые теплообменные аппараты общего и специального назначения». М., «ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ», 1991г.

Каталог «Емскостная стальная сварная аппаратура». М., «ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ», 1969г.

Размещено на Allbest.ru