Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси метанол-вода производительностью 19000 кг/ч

Размещено на http://www.allbest.ru/

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНЖЕНЕРНОЙ ЭКОЛОГИИ

Факультет: Машиностроительный

Кафедра: ПАХТ

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

ТЕМА ПРОЕКТА: Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси метанол-вода производительностью 19000 кг/ч

Руководитель:

Петров И.А.

Студент:

Рузанов Л.С.

МОСКВА 2007 год

Задание

Тема проекта: Спроектировать ректификационную установку для разделения смеси метанол-вода.

Исходные данные: Производительность по исходной смеси - 19 т/ч. Концентрация легколетучего компонента: в исходной смеси - 35% масс., в дистилляте - 94% масс., в кубовом остатке 1,0% масс.

Задание на специальную разработку: Давление в колонне - атмосферное. Тип контактного устройства - ситчатая тарелка.

Перечень обязательного графического материала:

1. Технологическая схема ректификационной установки с точками контроля

2. Ректификационная колонна. Общий вид с узлами.

3. Дефлегматор. Общий вид с узлами.

4. Нагреватель исходной смеси. Общий вид с узлами.

Рекомендуемая литература и материалы:

1. Практикум по курсу процессов и аппаратов химической технологии: учебное пособие / Под редакцией А.М.Кутепова, Д.А.Баранова - М.МГУИЭ, 2000 или 2005 год.

2. Павлов К.Ф., Романов П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов. / Под редакцией чл.-корр. АНСССР П.Г.Романкова - 10е издание переработанное и дополненное (а также другие издания) Л:Химия 1987 год (и другие).

3. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по курсовому проектированию / Под редакцией Ю.Н.Дытнерского - М:Химия, 1983 год.

Задание принял к исполнению (дата): 11.09.2007

Студент: Рузанов Л.С.

Срок сдачи законченного проекта: по графику

Руководитель: Петров И.А.

Последовательность расчёта тарельчатой ректификационной колонны

1. Определение производительности колонны по дистилляту и кубовому остатку.

2. Определение мольных концентраций исходной смеси, дистиллята и кубового остатка.

3. Построение равновесной кривой и изобар температур кипения и конденсации.

4. Определение минимального флегмового числа.

5. Определение оптимального флегмового числа.

6. Определение потоков пара и жидкости по колонне.

7. Определение ориентировочного диаметра колонны.

8. Определение основных конструктивных характеристик контактного устройства.

9. Расчёт рабочей скорости пара.

10. Определение диаметра колонны.

11. Конструирование контактного устройства.

12. Гидравлический расчёт контактного устройства.

13. Проверка принятого расстояния между тарелками.

14. Определение кинетических коэффициентов.

15. Построение кинетической кривой и определение числа тарелок.

16. Определение полного гидравлического сопротивления и высоты колонны.

17. Расчёт штуцеров

18. Расчёт кожухотрубчатого конденсатора (дефлегматора)

19. Расчёт подогревателя

20. Приближённый расчёт элементов ректификационной установки

21. Расчёт центробежного насоса.

22. Выполнение эскизов тарелки и колонны.

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.

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:

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.

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

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.

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. Охлажденный 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.

1. Расчетная часть

1.1 Определение производительности колонны по дистилляту и кубовому остатку

,

где - мольный расход исходной смеси, подаваемой на разделение в колонну, кмоль/ч

- мольный расход кубового остатка, отбираемого из колонны, кмоль/ч.

- содержание легколетучего компонента в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке соответственно в мольных долях (мольных процентах).

масс.д.

масс.д.

масс.д.

кг/ч.

кг/ч.

кг/ч.

1.2 Определение мольных концентраций исходной смеси, дистиллята и кубового остатка

По уравнению:

, где

- мольный и массовый состав смеси соответственно;

- молекулярная масса легколетучего и высококипящего компонентов соответственно.

При значениях молекулярной массы метанола и воды и концентрациях масс.д., масс.д., масс.д. определены следующие мольные концентрации легколетучего компонента смеси:

мольн.д.

мольн.д.

мольн.д.

1.3 Построение равновесной кривой и изобар температур кипения и конденсации

На основании опытных данных (табл.7.3) в координатах х-у строим кривую равновесия для смеси метанол-вода при атмосферном давлении и кривые температур кипения и конденсации.

Таблица 7.3

х, мол %	0	5	10	20	30	40	50
y, мол %	0,0	26,9	42,2	58,1	66,2	73,33	78,7
tєC	100,0	92,84	88,10	82,12	78,28	75,57	73,45
х, мол %	60	70	80	90	95	100
y, мол %	83,1	87,6	92,0	96,2	98,2	100
tєC	71,52	69,70	67,97	66,27	65,40	64,53

1.4 Определение минимального флегмового числа

На диаграмме х-у намечаем точку 1 с координатами и на кривой равновесия точку 3 с абсциссой .

Из точки 2 (пересечение диагонали квадрата у-х с абсциссой ) проводим через точку 3 прямую до пересечения с осью ординат диаграммы. На оси ординат получаем отрезок, равный .

По величине этого отрезка находим минимальное флегмовое число:

1.5 Определение оптимального флегмового числа

Таблица 7.4

R	0,8	0,9	1,0	1,2	1,5
B	0,494	0,468	0,445	0,405	0,356

Таблица 7.5

R	0,8	0,9	1,0	1,2	1,5
х
0,006	250	250	250	250	250
0,1	18,18	16,67	15,38	14,29	13,3
0,2	20,00	16,67	14,29	12,5	10,0
0,232	66,67	25,00	20,00	14,29	11,11
0,3	33,33	20,00	14,29	9,09	7,14
0,4	11,11	8,33	7,14	5,88	5,26
0,5	7,69	6,67	5,88	5,26	4,76
0,6	6,25	5,88	5,26	4,76	4,35
0,7	5,88	5,56	5,26	4,76	4,35
0,8	5,88	5,56	5,26	5,00	4,76
0,890	6,25	6,25	6,25	6,25	6,25



Таблица 7.6

R	R+1	mx	mx(R+1)
0,8	1,8	24,90	44,82
0,9	1,9	20,85	39,62
1,0	2,0	19,52	39,04
1,2	2,2	18,26	40,18
1,5	2,5	17,46	43,65

Находим точку минимума М, которой соответствует оптимальное рабочее флегмовое число .

1.6 Определение потоков пара и жидкости по колонне

, где

- мольный расход дистиллята, кмоль/ч (31,7 - средняя молекулярная масса дистиллята)

- давление (в нашем случае атмосферное), Па

м3/с

Мольный расход жидкости в верхней части колонны:

кмоль/ч

Мольный расход жидкости в нижней части колонны:

кмоль/ч

1.7 Определение ориентировочного диаметра колонны и основных конструктивных характеристик контактного устройства

Поскольку в дальнейшем расчёте предельной скорости пара в колонне используется формула

,

в которую не входят конструктивные характеристики контактного устройства, то ориентировочный диаметр колонны и основные конструктивные размеры не определяют.

- плотности жидкости и пара соответственно, кг/м3.

1.8 Расчёт рабочей скорости пара

По уравнению (7.40) для средней плотности жидкости в колонне кг/м3 и средней плотности паровой фазы в колонне, рассчитанной как:

, где

- средняя молекулярная масса в колонне, равная 24,8,

- средняя температура пара в колонне, получены следующие значения:

кг/м3

м/с

Рабочую скорость пара в свободном сечении колонны принимаем на 15% ниже предельной.

 м/с

1.9 Определение диаметра колонны

м (принимаем м)

Контактное устройство - ситчатая тарелка (по заданию). Согласно рекомендациям (разд.8) выбираем диаметр отверстий мм. Отверстие будет располагаться по вершинам равностороннего треугольника с шагом мм.

Свободное сечение отверстий ситчатой тарелки принимаем равным 10% от свободного сечения аппарата.

Тип тарелки: ОН26-02-30-66

Свободное сечение колонны - , длина линии слива -

Свободное сечение отверстий ситчатой тарелки -

Расстояние между тарелками - 450мм

тогда ,

Относительная площадь прохода паров: , относительная рабочая площадь тарелки: , , - количество рядов отбойников

Ширина прорези - 5мм

Шаг - 10мм, высота прорези - 30мм, масса тарелок 160кг.

1.10 Гидравлический расчёт контактного устройства

Общее гидравлическое сопротивление тарелки определяем по уравнению (7.41):

, где

- сопротивление сухой тарелки, Па

- сопротивление, вызванное силами поверхностного натяжения, Па

- статическое сопротивление слоя жидкости на тарелке, Па

Па,

где - скорость пара в отверстиях ситчатой тарелки или скорость в прорезях колпачка, м/с, - коэффициент сопротивления (для ситчатых тарелок )

Па,

где - поверхностное напряжение, Н/м, - диаметр отверстия для ситчатой тарелки или эквивалентный диаметр прорези колпачка,

, ,

где - относительная плотность парожидкостного слоя на тарелке, м, - высота переливного порога, м, - величина превышения уровня жидкости на тарелке, м, - плотность жидкости на тарелке, кг/м3

 Па

Па

1.11 Определение минимального расстояния между тарелками

м

Принимаем расстояние между тарелками (разд.8) мм.

1.12 Определение кинематических коэффициентов

Коэффициент массоотдачи в паровой фазе рассчитывается по уравнению (7.33):

(7.33),

где - коэффициент массоотдачи, (кмоль)/м2·ч

- мольный расход пара, кмоль/ч

- плотности пара и жидкости, кг/м3

- скорость пара в свободном сечении колонны, м/с

Мольный расход пара в колонне:

 кмоль/ч

Рабочая площадь тарелки (принимаем, что площадь поперечного сечения колонны, занимаемая сливным и приёмным карманами, составляет 15%):

м2

(кмоль)/м2·ч

Коэффициент массопередачи в жидкой фазе рассчитывается по уравнению (7.35).

Для скорости пара в свободном сечении колонны , (кмоль)/м2·ч при значении для системы метанол-вода, равном м2/с.

Коэффициент диффузии в жидкой фазе для системы метанол-вода определяют по формуле при 20єС:

,

где мПа·с, для среднего состава смеси и средней температуры жидкости (75єС) в колонне; , - мольные объёмы метанола и воды соответственно, , - молекулярные массы метанола и воды соответственно.

 м2/с

м2/с

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе для системы метанол-вода:

(кмоль)/м2·ч

Общий коэффициент массопередачи рассчитывается как:

,

Где тангенс угла наклона касательной к линии равновесия

Наносим на диаграмму кривую равновесия и линии рабочих концентраций 1-3-2 при оптимальном значении флегмового числа .

При этом

x	0,006	0,1	0,2	0,232	0,3	0,4
y*-y	0,035	0,17	0,04	0,05	0,07	0,15
x-x*	0,01	0,055	0,03	0,05	0,09	0,13
m	3,5	3,09	1,33	1	0,78	1,15
x	0,5	0,6	0,7	0,8	0,89
y*-y	0,13	0,09	0,08	0,08	0,07
x-x*	0,16	0,19	0,2	0,18	0,16
m	0,81	0,47	0,4	0,44	0,44

Подставляя найденные значения , и m в формулу (7.32), находим :

x	0,006	0,1	0,2	0,232	0,3	0,4
	252	260	301	310	316	306
x	0,5	0,6	0,7	0,8	0,89
	315	326	328	326	326

1.13 Построение кинематической кривой и определение числа тарелок

Для построения кинетической кривой используем формулу

Мольный расход пара кмоль/ч, рабочая площадь тарелки м2.

x	0,006	0,1	0,2	0,232	0,3	0,4
	0,0101	0,0472	0,0091	0,0108	0,0147	0,0332
x	0,5	0,6	0,7	0,8	0,89
	0,0275	0,0180	0,0159	0,0160	0,0140

Число реальных тарелок, которое обеспечивает заданную чёткость разделения, находим путём построения ступенчатой линии между рабочей и кинетической линиями. Построение ступенчатой линии проводим от концентрации и и от и. Число ступеней в пределах концентраций и равно числу реальных тарелок укрепляющей секции колонны, число ступеней в пределах концентраций и равно числу реальных тарелок исчерпывающей секции колонны.

В результате построения получаем:

1. В укрепляющей части колонны - 5

2. В исчерпывающей части колонны - 7

3. Общее число тарелок - 12

1.14 Определение полного гидравлического сопротивления и высоты колонны

Па

1.15 Расчёт штуцеров

 - объёмный расход жидкости или газа, м3/с

- средняя скорость потока, м/с

- внутренний диаметр трубы, м

Штуцер для входа флегмы

Принимаем {1, стр.17, Табл.1.1}

При по диаграмме

Принимаем , , , {2, Штуцера}.

Штуцер для входа исходной смеси

Жидкость перекачивается насосом в нагнетательном трубопроводе

При по диаграмме



Принимаем , , , {2, Штуцера}.

Штуцер для ввода пара из кипятильника

Принимаем

Принимаем , , , {2, Штуцера}.

Штуцер для выхода кубового остатка

Для маловязкой жидкости

Принимаем

При по диаграмме

Принимаем , , , {2, Штуцера}.

Штуцер для выхода пара

Принимаем , , , {2, Штуцера}.

Штуцер для выхода жидкости из куба

Принимаем , , , {2, Штуцера}.

1.16 Расчёт кожухотрубчатого конденсатора (дефлегматора)

кг/ч.

масс.д.

мольн.д.

Охлаждается водой до

Свойства при



Свойства смеси (конденсата):

Плотность: колонна кипение штуцер подогреватель

Удельная теплота конденсации смеси:

Вязкость конденсата:

Расход пара

Тепловая нагрузка.

Расход воды.

Средняя разность температур

Ориентировочное значение поверхности.

По табл. 2.1. {2} принимаем

Задаваясь числом , определим соотношение для конденсатора из труб

,

где - общее число труб

- число ходов по трубному пространству

- внутренний диаметр труб

Уточнённый расчёт поверхности теплообмена

В соответствии с табл.2.9 {4} соотношение принимаем наиболее близкое к заданному значению из конденсаторов по ГОСТ 15121-79:

(число ходов)

Наиболее близкую по ГОСТ 15121-79 ({4}, табл.2.7, с.56) к ориентировочной поверхность теплопередачи имеет нормализованный аппарат с длиной труб



число сегментных перегородок при ({4}, табл.2.8, с.56)

По ({3}, табл.15.3, с.411) (без прибавки на коррозию)

Определяем действительное число :

Определяем коэффициент теплопередачи к воде, пренебрегая поправкой :

Определяем коэффициент передачи от пара, конденсирующегося на пучке вертикально расположенных труб:

Определяем сумму термических сопротивлений стенки труб из нержавеющей стали и загрязнений со стороны воды и пара:



Определяем коэффициент теплопередачи:

Определяем требуемую поверхность теплопередачи:

По {2}, табл.2.9, с.57 ГОСТ 15119-79 конденсатор с длиной труб и поверхностью подходит с запасом:

Гидравлическое сопротивление

Скорость воды в трубах:

Коэффициент трения равен:

Скорость воды в штуцерах

Гидравлическое сопротивление:

1.17 Расчёт подогревателя

- мольный расход водного раствора органической жидкости

- плотность пара

- молекулярная масса пара



Для определения коэффициента теплоотдачи от пара, конденсирующегося на наружной поверхности труб высотой H, используют формулу:

Коэффициент теплоотдачи к нагрев. в трубах жидкости определяем по формуле:

Из основного уравнения теплопередачи и уравнения аддитивности термических сопротивлений следует, что

Решив это уравнение относительно каким либо численным или графическим методом, можно определить требуемую поверхность .

Тепловая нагрузка аппарата.

Расход греющего пара.



,

Средняя разность температур

Выбор теплообменника.

В соответствии с табл.2.1. {2}, примем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи . Тогда ориентировочное значение требуемой поверхности составит:

В соответствии с табл.2.9. {4} поверхность, близкую к ориентировочной, может иметь теплообменник с высотой труб , диаметром кожуха , поверхностью теплообмена

Уточнённый расчёт поверхности теплопередачи.

В качестве первого приближения примем ориентировочное значение удельной тепловой нагрузки:

Для определения необходимо рассчитать коэффициенты А и В:



Толщина труб 2мм, материал - нержавеющая сталь

Сумма теоретических сопротивлений стенки и загрязнений (термич. сопротивлением со стороны греющего пара пренебрегаем):

Такую точность определения корня можно считать достаточной, и можно считать истинной удельной тепловой нагрузкой.

- запас поверхности

Требуемая поверхность ближе к номинальной поверхности , высота трубы - 3,0м, диаметр кожуха , , общее число труб 465.



Рассчитанный теплообменник имеет следующие параметры:

Высота труб

Диаметр кожуха

Поверхность теплообмена

Число труб

Число ходов - 1

Трубы

Масса аппарата

Запас поверхности

Для рассчитанного аппарата коэффициенты теплоотдачи и теплопередачи равны:



1.18 Приближённый расчёт элементов ректификационной установки

Расчёт рекуператора.

Тепловая нагрузка

- теплоёмкость, Дж/кг•К

- массовый расход теплоносителя,

(по табл.2.1. {2})

, высота трубы - 4,0м, диаметр кожуха , , общее число труб 465, число ходов - 1.

20.2. Расчёт кипятильника.

Тепловой поток к смеси:



При конденсации насыщенных паров:

(по табл.2.1. {2})

, высота трубы - 2,0м, диаметр кожуха , , общее число труб 257, число ходов - 1.

Расчёт холодильника дистиллята.



Тепловой поток:

(по табл.2.1. {4})

По табл.2.3. {4}) выбираем , высота трубы - 2,0м, диаметр кожуха , , общее число труб 316, число ходов - 6.

Расчёт ёмкости для исходной смеси.

Объёмный расход:

Плотность при :



С запасом 2 часа:

Выбираем ёмкость объёмом , ,

Расчёт ёмкости для кубового остатка.

Объёмный расход:

С запасом 2 часа:

Выбираем ёмкость объёмом , ,

Расчёт ёмкости для дистиллята.

Объёмный расход:

С запасом 2 часа:

Выбираем ёмкость объёмом , ,

1.19 Расчёт центробежного насоса

Для исходной смеси

Рассмотрим на примере подбора насоса для исходной смеси подробный расчёт:

Выбираем трубопровод:

Для всасывающего и нагнетательного трубопровода примем одинаковую скорость течения, равную 2м/с. Тогда диаметр равен:

Выбираем стальную трубу наружным диаметром 70мм, толщиной стенки 3мм. Внутренний диаметр трубы .

Фактическая скорость воды в трубе:



Примем, что коррозия трубопровода незначительна. Пусть длина трубопровода на линии всасывания 10м, а на линии нагнетания 40м. На линии нагнетания имеется два отвода под углом 1200, десять отводов под углом 900 с радиусом поворота равным 6 диаметрам трубы, и два нормальных вентиля.

Определим потери на трение и местные сопротивления:

Режим турбулентный. Примем абсолютную шероховатость равной , тогда

Таким образом, в трубопроводе имеет место смешанное трение, и расчёт следует проводить по формуле:

Определим сумму коэффициентов местных сопротивлений:

Для нагнетательной линии:

1) отводы под углом 1200: A=1,17; B=0,09;

2) отводы под углом 900:

3) нормальные вентили: для

4) выход из трубы:

Для всасывающей линии:

1) вход в трубу (принимаем с открытыми краями):

2) прямоточные вентили: для при и

3) отводы: коэффициент А=1, В=0,09,

Потерянный напор во всасывающей линии:

Потерянный напор в нагнетательной линии:

Общие потери напора:

Выбор насоса:

Находим потребный напор насоса:

Такой напор при заданной производительности обеспечивается одноступенчатыми центробежными насосами (приложение 1.1., табл. 1 {4}). Учитывая широкое распространение этих насосов в промышленности ввиду достаточно высокого к.п.д., компактности и удобства комбинирования с электродвигателями, выбираем эти насосы:

Полезная мощность:

Принимая ; (для центробежного насоса средней производительности), мощность на валу:

Заданным подаче и напору более всего соответствует центробежный насос марки Х45/31, для которого при оптимальных условиях работы

, , .

Насос обеспечен электродвигателем АО2-52-2 номинальной мощностью 13кВт.

. Частота вращения вала .

Определение предельной высоты всасывания:

Запас на кавитацию:

Насос дистиллята. Упрощённый расчёт.

Выбираем насос марки Х20/31

Насос для подачи флегмы в колонну.

Выбираем насос марки Х20/31.

1.20 Расчёт аппарата на ветровую нагрузку

Расчёт массы аппарата.

По табл.16.1. стр.441 {3}:

Коэффициент заполнения: 1,28

Расчёт периода вынужденных колебаний.

Район размещения аппарата - III, тогда

Между вынужденными и собственными колебаниями должно быть не менее 20% разницы, чтобы не было резонанса.

- момент поперечного сечения аппарата

- угол поворота плоскости фундамента.



- коэффициент упругого сжатия грунта

- момент инерции сечения фундамента

- наружный диаметр

Если , то

,



Резонанс отсутствует.

Определение нагрузки на аппарат от силы ветра.

- номер участка

- коэффициент лобового сопротивления (функция от формы аппарата)

- длина участка

- диаметр рассматриваемого участка

- скоростной напор (давление ветра) на -ом участке.

- коэффициент, учитывающий динамичность нагрузки.

При

- коэффициент, учитывающий возможную пульсацию порыва ветра

,

- коэффициент, учитывающий высоту

Если , то и

На фундамент и фундаментное кольцо действует два вида нагрузки: постоянная - сила тяжести; переменная - момент.

- удельная нагрузка

- масса аппарата

- площадь фундаментного кольца

- момент сопротивления фундаментного кольца



,

Вся поверхность не прижата, необходимо укрепление.

Определение толщины фундаментного кольца.

; В=296мм

,

Выбираем

Расчёт опорной юбки

Нужно проверить прочность сварного шва.

- напряжение в сварном шве.

 - площадь поперечного сечения шва

, ,

- коэффициент запаса прочности сварного шва

Сварной шов проходит по прочности.

Выбор фундамента

Бетон характеризуется прочностью на сжатие - это марка бетона: Бетон 200:

Бетон 200 пригоден

Список литературы

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

2. Артамонов Д.С., Орлов В.Н. «Расчёт тарельчатой ректификационной колонны: Методические указания»

3. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. «Основы конструирования и расчёта химической аппаратуры»

4. Г.С.Борисов, В.П.Быков, Ю.И.Дытнерский и др. «Основные процессы и аппараты химической технологии».

Размещено на Allbest.ru