Xreferat.com » Рефераты по промышленности и производству » Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия

Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия

испарителе колонны и величину ее теплопередающей поверхности, а так же расхода охлаждающей воды в дефлегматор. Способ подвода и отвода тепла осуществляется за счет испарения части реакционной массы и за счет применения выносных поверхностей теплообмена.


3.1 Расчёт испарителя


Расход греющего пара в кубе колонны рассчитывается на основе составления и решения уравнения теплового баланса ректификационной колонны


Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия (21)


где rводы – удельная теплота парообразования, Дж/кг ;

Р – расход верхнего продукта, кг/с;

W – расход нижнего продукта, кг/с;

Ropt – флегмовое число;

Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия – энтальпии потоков, Дж/кг;

rcp – средняя удельная теплота фазового перехода, кДж/кг;

Qпот – тепловые потери (от 3% до 5% от тепла греющего пара) [1]:


Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия (22)


где r –удельная теплота фазового перехода соответствующего компонента, Дж/кг [5];

tср = 95,4 ◦С ;

rнк = 90

rвк = 87

rср = 90*0,4+87*(1-0,4)= 88,2

rср = 88,2*4190 = 369558 Дж/кг.

Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия


Таблица 3.1-Теплоёмкости компонентов при различных температурах [2].

Низкокипящий ком-т.

Высококипящий ком-т.

Срf,Дж/кг*К

Срp,Дж/кг*К

Срw,Дж/кг*К

Срf,Дж/кг*К

Срp,Дж/кг*К

Срw,Дж/кг*К

2077 1766 2480 2022 1718 2422

Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия (23)


где Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия– массовые доли компонентов, кг/кг;

Ср - теплоёмкости компонентов при различных температурах, Дж/кг*К.


F : Cpсм = 2077*0,4+2022*(1-0,4) = 1763,3 Дж/кг*К;

P : Cpсм = 1766*0,95+1766(1-0,95) = 2044 Дж/кг*К;

W : Cpсм = 2480*0,05+2422(1-0,05) = 2424,9 Дж/кг*К.

Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия (24)


где I - энтальпии потоков, Дж/кг;


Т – температура компонентов, ˚C.

IF = 1763,6*81 = 142851,6 Дж/кг;

IP = 2044*95,4 = 194997,6 Дж/кг;

IW = 2424,9*109,6 = 265769,04 Дж/кг.

Dг.п.*(Iг.п.- iк) = 0,558*(194997,6-142851,6) + 0,83(265769,04+142851,6) + +0,558*3,16*369558 = 1019886,829

Dг.п. = 1019886,829/(0,97*369558) = 2,84 кг/с.


Величину теплопередающей поверхности испарителя рассчитывают на основе уравнения теплопередачи [5]:


Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия (25)


где Qпот – тепловые потери (от 3% до 5% от тепла греющего пара) [1];

Dг.п(Iг.п.-iк) – расход греющего пара, найденного по формуле (21);

K – коэффициент теплопередачи, выбирается по опытным данным в пределах от 300 до2500 Вт/м2*К;

ΔТср – средняя движущая сила процесса теплопередачи.

ΔТср определяется по разнице температур между температурой разделяемой смеси (в кубе колоны) и температурой насыщенного водяного пара при определённом давлении. Обычно средняя движущая сила процесса равна 30 ± 5єС.

Температура кубового остатка равна Тw=109,6 єС (см. выше).

Температура насыщенного водяного пара при давлении 3,0 кг/см2 составляет Т=135,9єС .


Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия (26)

∆Tср = 135,9 – 109,6 = 26,3 оС

Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия

ТєС ТєС


ΔТср


Рисунок 3.1 - Температурная диаграмма для определения средней движущей силы процесса теплопередачи.


Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия


3.2 Определение расхода воды в дефлегматоре


При расчёте теплового баланса дефлегматора принимается, что пары дистиллята подвергаются полной конденсации. Тогда расход охлаждающей воды составит [5]:


Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия (27)


где P – мольный расход продукта, кмоль/с;

R – оптимальное флегмовое число;

Mсмp – мольная масса продукта, кг/кмоль;

rp – удельная теплота фазового перехода, кДж/кг;

Cp – теплоёмкость воды, кДж/кг*К [2];

Cp=4190 Дж/кг*К

Tк, Tн– конечная и начальная температура охлаждения воды, ˚C. Обычно принимается Tн=12˚C Tк=45˚C

Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия (28)


где rp –удельная теплота фазового перехода определённого компонента, кДж/кг [2];


rp = 90*0,95 + 88*(1-0,95) = 89,9*4190 = 376681 Дж/кг

Mсмp = 91,83 кг/кмоль

Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия


3.3 Расчет тепловой изоляции


Основной целью расчета тепловой изоляции является выбор теплоизоляционного материала и расчет его толщины для минимизации тепловых потерь в окружающую среду и обеспечения требований техники безопасности. Расчет тепловой изоляции проводят из условий заданной температуры наружного слоя изоляции, которая не должна превышать 45°С. Толщину слоя теплоизоляционного материала определяют по формуле:


Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия (29)


где Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия – температура внутреннего слоя изоляции tст.=45˚C.

Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия– теплопроводность слоя изоляции.

Примем температуру внутреннего слоя тепловой изоляции равной температуре среды в колонне. Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия.

Выберем в качестве теплоизоляционного материала асбест с Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия Вт/м*К.

Величину тепловых потерь в окружающую среду Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия рассчитаем по уравнению теплоотдачи [3]:


Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия, (30)


где Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия – суммарный коэффициент теплоотдачи конвекцией и излучением, Вт/м2*К.


Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия Вт/м2*К.

Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия м.


4. Гидравлический расчет


Основной целью гидравлического расчета является определение гидравлических сопротивлений, которые возникают в процессе прохождения пара через ректификационную колонну из куба через контактные устройства в дефлегматор. Потери напора для всех ректификационных колонн позволяют рассчитать необходимое повышение температуры кипения смеси в кубе колонны.


Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия (31)


где ΔРс – сопротивление сухой тарелки, Па;

ΔРж – сопротивление слоя жидкости, Па;

ΔРб – сопротивление за счёт поверхностного натяжения жидкости, Па; (незначительно можно пренебречь).


Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия (32)


где ω.- скорость пара в горловине колпачка, м/с; определяется по объемному расходу пара и свободному сечению тарелки, м2/c.


Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия (33)


Верхняя часть аппарата

Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия


Нижняя часть аппарата


Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия


Сопротивление слоя жидкости


Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия (34)


где

hб – высота барботажного слоя жидкости на тарелке, м;

ρж– плотность жидкости, кг/м3 ;

q – ускорение свободного падения (g=9,8м/с2).

hб=0,055м

Верхняя часть аппарата


Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия


Нижняя часть аппарата

Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия


Полное гидравлическое сопротивление для верха и для низа колонны составляет:

Верхняя часть аппарата Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия

Нижняя часть аппарата Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия

5. Механический расчет основного аппарата


Цель механического расчета ректификационной колонны является определение размеров отдельных частей и элементов колонны, которые удовлетворяли бы условиям технологической целесообразности, механической прочности и устойчивости.


Расчет толщины стенок и опоры аппарата


Обечайка – это цилиндрический корпус аппарата, который работает, как правило, под избыточным внутренним или внешним давлением.

Опоры для аппаратов в химической промышленности выбираются из расчета максимальной нагрузки, которую опора должна выдержать, во время испытания. Материал опоры выбирается в зависимости от температуры рабочей среды, емкости аппарата и т.д. Выберем сталь В Ст3 сп3 ГОСТ 380-71.

Толщина стенки обечайки рассчитывается по уравнению:


Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия (35)


где Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия – давление в аппарате, МПа;

Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия – диаметр обечайки, мм;

Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия – предельно допускаемое напряжение для материала изготовления, МПа;

Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия – коэффициент прочности сварного шва, примем равным единице;


Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия – прибавка.

Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия – прибавка на коррозию и эрозию, примем 1,0 мм;

Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия – прибавка на минусовое отклонение по толщине листа, примем 0,7мм;

Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия – технологическая прибавка, примем 0,51 мм.

Предельно допускаемое напряжение для данного материала равно Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия МПа.


Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия мм.


По расчётам, толщина обечайки равняется 2,42, но по техническим требованиям толщина стенки должна составлять минимум 10 миллиметров [4].

Для подбора опор необходимо определить массу и нагрузку аппарата.

Определение массы аппарата.

Масса корпуса:


Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия (36)


где Н – высота аппарата, м;

π – геометрическая постоянная (π =3,14);

D – диаметр колонны, м ;

s – толщина стенки, м [4];

ρ – плотность стали, кг/м2 [4].

Расчёт ректификационной колонны непрерывного действиякг.

Масса крышки и днища:


Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия (37)

где D – диаметр колонны, м ;

s – толщина стенки, м [4];

ρ – плотность стали, кг/м3 [4].


Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия кг.


Масса тарелок:


Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия (38)


где N – действительное число тарелок;

mm – масса одной тарелки, кг.


Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия кг.


Масса воды при испытании:


Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия (39)


где π – геометрическая постоянная (π =3,14);

D – диаметр колонны, м;

s – толщина стенки, м [4];

ρв – плотность воды, кг/м2 [2].


Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия кг.


Масса аппарата:

Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия (40)

Расчёт ректификационной колонны непрерывного действиякг

Расчёт ректификационной колонны непрерывного действиякг

Расчёт ректификационной колонны непрерывного действиякг


Переведем в МН:


Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия (41)


где Мап – масса аппарата, кг;

g – ускорение свободного падения (g=9,8м/с2).


Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия МН


Подберем опору:


Таблица 5.1 - Основные размеры цилиндрических опор для колонных аппаратов [4]

Q, MH

Д, мм

D1, мм

D2, мм

Dб, мм

S1, мм

S2, мм

S3, мм

d2, мм

dб, мм

Число болтов, Zб

0,4 1200 100 200 500 150 240 140 50 45 32

5.2 Расчёт и подбор патрубков для подвода и отвода потоков, подбор фланцевых соединений


Присоединение трубной арматуры к аппарату, а также технологических трубопроводов для подвода и отвода различных жидких и газообразных продуктов производиться с помощью штуцеров или вводных труб. По условиям работоспособности чаще всего применяются разъемные соединения (фланцевые штуцера).

В химических аппаратах для разъемного соединения составных корпусов и отдельных частей применяются фланцевые соединения, преимущественно круглой формы. На фланцах присоединяются к аппаратам трубы, арматура и т.д.

Диаметр условного прохода (внутренний диаметр) штуцеров для подвода и отвода продуктов рассчитывается на основе уравнения массового расхода и округляется до ближайшего стандартного значения

Расчет диаметра патрубков для отвода и подвода проводится по уравнению:


Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия (42)


где G – определенный расход, кг/с;

π – геометрическая постоянная (π =3,14);

ω – скорость движения маловязкой жидкости под давлением, м/с;

ρ – плотность потока, при определенных условиях, определяется по формуле (17), кг/м3 .


Вход исходной смеси:

Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия=0,0051кг/кг Тf=95,4˚C

w=2м/с

Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия

Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия

Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия


Выход кубового остатка :


Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия0,00038кг/кг Тw=109,6˚C

w=0,1м/с

Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия

Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия

Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия


Вход флегмы:


Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия0,012кг/кг Тp=81˚C

w=20м/с

Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия (43)

Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия (44)


где R – оптимальное флегмовое число;

P – массовый расход продукта, кг/с.


Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия

Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия

Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия


Выход пара:


Тр=81˚C

w=30м/с

Расчёт ректификационной колонны непрерывного действияРасчёт ректификационной колонны непрерывного действия (45)


Плотность пара определяется по формуле (13):


Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия

Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия

Выход жидкости из куба:


Тw=109,6˚C

w=1м/с

Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия (46)

Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия

Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия


Вход пара:


Тw=109,6˚C

w=25м/с

Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия (47)Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия

Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия


Таблица 5.2-Размеры фланцевых штуцеров с внутреннем базовым давлением ОСТ 26-426-79 [4].

Назначение Dy,мм Df,мм Db,мм D,мм dн,мм h,мм dб,мм z s,мм
Выход пара 150 315 280 174 160 18 16 8 3,5
Вход флегмы 32 140 110 38 48 12 14 4 3
Вход пара 200 370 355 225 210 20 16 8 3,5
Выход жидкости из куба 80 205 170 97 85 14 16 4 3,5
Выход кубового остатка 125 260 225 148 135 14 16 4 3,5
Вход исходной смеси 32 140 110 38 48 12 14 4 3
Для манометра 25 100 75 60 33 8 12 4 3
Для указателя уровня 20 90 65 50 26 8 12 4 3
Для установки уровнемера 25 100 75 60 33 8 12 4 3
Для термометра ртутного 25 100 75 60 33 8 12 4 3

5.3 Подбор крышек, днищ для колонных аппаратов


Днища являются одним из основных элементов химических аппаратов. Цилиндрические цельносварные корпуса как горизонтальных, так и вертикальных аппаратов, ограничиваются днищами. Наиболее распространенной формой днищ в сварных химических аппаратах является эллиптическая форма с отбортовкой на цилиндр.


Таблица 4.3. Размеры эллиптических отбортованных стальных днищ с внутренними базовыми диаметрами ГОСТ 6533-78, мм [4].

Dвн

S,мм

h, мм

hв, мм

Fв, м2

Vв, м3

1000 4 50 250 1,24 0,17

Заключение


В процессе проделанной работы была рассчитана ректификационная установка для разделения смеси бензол-толуол.

Были получены следующие данные:

диаметр колонны -1000 мм;

высота колонны – 11,1 м;

толщина цилиндрической обечайки, эллептического днища и крышки 10 мм.

В качестве перераспределителя жидкости принята тарелка ТСК-I.

Рассчитаны материальный и тепловой баланс установки, построены - графики и таблицы.


Список литературы


1 Гусев В.П. Процессы и аппараты химической технологии. Расчет теплообменных аппаратов / Методические указания к курсовому проектирования для студентов Томского химико-технологического колледжа. – Т.: ТХТК. 1994.- 70 с.

2 Гусев В.П., Гусева Ж.А.. Процессы и аппараты химической технологии. Физико-химические и термодинамические свойства веществ / Методическое пособие к выполнению курсового проекта по процессам и аппаратам химической технологии, в 2-х частях / Часть 2. – Т.: ТХТК, 1994. - 69 с.

3 Дытнерский Ю. И. Основные процессы и аппараты химической технологии: пособие по проектированию. — М. : Химия, 1983. — 272 с.

4 Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Справочник. – Л.: Машгиз, 1970. – 753 с.

5 Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии. - Л.: Химия, 1991.- 352 с.

Справочник химика. ТомIII: Химическое равновесие и кинетика. Свойства растворов. Электродные процессы. М.: Химия, 1964, 1093с.

Брисов Г.С., Брыков В.П., Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию. М.: Химия, 1991. 496с.


49


Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Нужна помощь в написании работы?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Похожие рефераты: