Автор работы: Пользователь скрыл имя, 06 Мая 2013 в 13:21, курсовая работа
Процесс разделения основан на том, что все жидкости, составляющие смеси, имеют разные летучести или, иначе говоря, - разные температуры кипения при одинаковом внешнем давлении. Следствием такого свойства жидкостей является различное количество паров компонентов над жидкой смесью. Пары над смесью оказываются обогащенными парами более летучих компонентов. Если смесь таких паров отделить от жидкой фазы и полностью сконденсировать, то состав полученного конденсата будет таким же, что и состав паров. Следовательно, новая жидкая смесь окажется в большей степени обогащенной относительно более летучим компонентом по сравнению с исходной жидкой смесью.
Введение 4
I. Технологический расчет 6
1.1.Исходные данные 6
1.2. Материальный баланс 7
1.2. Определение температуры в колонне 10
1.3. Построение диаграммы фазового равновесия в координатах y-x 11
1.4. Определение числа теоретических тарелок 13
1.5. Определение расхода пара и флегмы в колонне 15
II. Тепловой расчет 18
III. Гидравлический расчет 19
3.1 Внутренние материальные потоки 19
3.2. Определение диаметра колонны 22
3.3. Конструкция тарелок. Расчет гидравлического сопротивления тарелок 24
3.4. Гидравлический расчёт сопротивления тарелок. 29
3.4. Определение числа действительных тарелок и высоты колонны 31
3.5. Определение давления в колоне 33
IV. Конструктивный расчет 34
4.1. Толщина обечайки 34
4.2.Толщина днища 34
V. Определение диаметра штуцеров. 35
VI. Определение толщины тепловой изоляции 38
VII. Определение площади поверхности кипятильника и дефлегматора 40
VIII. Выбор КИП и узлов автоматики 42
Список используемой литературы 45
Приложение 47
+ = ( – 2) = (34 - 2) 0,6 = 19,2 м
= 2= 2 = 1,2 м
=1 2м; принимаем = 1,5 м
=2 2,5 м: принимаем = 2,0 м
= (1 2) =1,0 = 3,2 м
Высота колонны:
Н = 3,2 + 2,0 + 19,2 + 1,2 + 1,5 = 27,1 м
= 1,2 (м) таблица 8.2 [(4), стр. 220]
3 (м) таблица 8.2 [(4), стр. 220]
При выборе давления в колонне
руководствуются получением
экономически выгодного температурного
режима. Задача эта является
альтернативной, так как желание повысить
температуру паров, поступающих в дефлегматор
tD, противоречит желанию использовать
в кипятильнике колонны теплоноситель
с более низкой температурой.
Если при атмосферном давлении получаются экономически приемлемые температуры верха t0, и куба колонны tw, рекомендуется давление на верху колонны ПВ принять несколько больше атмосферного для преодоления гидравлических сопротивлений в паропроводе между верхом колонны и дефлегматором (шлемовой трубе), а также для исключения необоснованных затрат на создание вакуума.
Давление в зоне питания и в низу колонны Пн. определяются
из
уравнений:
Пз.п. = П + nвР,
Пн = Пз.п. + nнР,
где nв и nн - число
реальных тарелок в верхней и нижней частях
колонн; Р гидравлические сопротивления
тарелок в верхней и нижней частях
колонны.
Рассчитаем давление в зоне питания Пз.п. и в низу колонны Пн:
Пз.п. = 863000 + 21 925 = 882,4 кПа
Пн = 882400 + 13 933 = 894,5 кПа
где:
[] = 132 МПа - допускаемое напряжение для стали [(1),таб. 13.1, стр. 394];
D - внутренний диаметр обечайки, м;
= 0,95 - коэффициент прочности сварного шва [(1), стр. 395, таб. 13.3];
с = 0,002 м - поправка на коррозию [(1), стр. 394];
Согласно рекомендациям принимаем толщину обечайки s=13mm
Считаем толщину стенки днища.
Вместо коэффициента ослабления из-за шва, возьмём коэффициент ослабления =0,9. Тогда толщина стенки эллиптического или полусферического днища равна:
Согласно рекомендациям принимаем толщину днища s=14mm
Рис.6. Определение высоты колонны, назначение штуцеров: А - выход паров с верха колонны; В - ввод флегмы; С - ввод сырья; Е - ввод паров из кипятильника; К-вывод кубовой жидкости в кипятильник колонны.
Диаметр штуцеров определяют по допустимой скорости потока величина которой изменяется в зависимости от назначения штуцеров и фазового состояния потока и определяется из уравнения:
[(2), 60, стр. 22], где:
V – объёмный расход;
– допустимая скорость потока [(2), стр. 22];
Определим диаметр штуцера A для вывода паров в дефлегматор:
Из стандартного ряда условных диаметров по ГОСТ 12828-67 принимаем .
Определим диаметр штуцера B для ввода холодного орошения:
, где:
– массовый расход сырья;
Из стандартного ряда условных диаметров по ГОСТ 12828-67 принимаем .
Определим диаметр штуцера C для ввода исходной смеси:
Из стандартного ряда условных диаметров по ГОСТ 12828-67 принимаем .
Определим диаметр штуцера K для вывода кубовой жидкости в кипятильник:
Из стандартного ряда условных диаметров по ГОСТ 12828-67 принимаем .
Определим диаметр штуцера E для ввода паров из кипятильника колонны:
Из стандартного ряда условных
диаметров по ГОСТ 12828-67 принимаем .
Температура внутри колонны
обычно значительно отличается от температуры
окружающей среды. Поэтому для сведения
тепловых потерь к минимуму колонны
покрывают слоем
Рисунок 7. Определение толщины изоляции.
Выбираем в качестве теплоизоляционного материала стеклянную вату, для которой коэффициент теплопроводности . Принимаем температуру на внутренней поверхности изоляции равной , на наружной поверхности изоляции для зимних условий; температуру окружающей среды для зимних условий принимаем ; для летних условий . Считаем, что тепловые потери летом составляют .
Так как диаметр колонны , для расчета толщины изоляции можно воспользоваться соотношением для плоской стенки предполагая, что:
Летние условия.
Находим толщину изоляции по уравнению:
Рассчитываем коэффициент теплоотдачи:
Определим значение тепловых потерь:
Проверим условие применимости неравенства
Следовательно, принимаем толщину тепловой изоляции .
Кипятильник:
Рассчитаем площадь
[3], где:
- тепловая мощность аппарата;
K - коэффициент теплопередачи в аппарате; К=1300 Вт/(м2∙К) [(3), стр.172]
- средняя разность температур
горячего и холодного теплоносителя;
Согласно ГОСТ 15119-79 принимаем в качестве кипятильника одноходовой теплообменник, имеющий площадь теплообмена , с трубами 25х2, с длиной труб , с числом труб , наружный диаметр кожуха [(3), стр.215].
Запас площади теплообмена кипятильника:
Дефлегматор и холодильник:
Рассчитаем площадь
Определим
Пары переохлаждаются до
Согласно ГОСТ 15118-79 принимаем в качестве дефлегматора одноходовой теплообменник, имеющий площадь теплообмена , с трубами 25х2, с длиной труб , с числом труб , наружный диаметр кожуха
Согласно ГОСТ 15118-79 принимаем в качестве холодильника четырехходовой теплообменник, имеющий площадь теплообмена , с трубами 25х2, с длиной труб , с числом труб , наружный диаметр кожуха [(3), стр.215].
Исходная смесь со склада поступает в емкость Е1. Из емкости Е1 насосом Н1 она подается в подогреватель П, где нагревается за счет теплоты, выделяющегося при конденсации водяного пара, поступающего из трубопровода Т7. Температура исходной смеси на выходе из подогревателя П регулируется клапаном ВР1, установленном на трубопроводе подачи пара в подогреватель. Автоматическое регулирование осуществляется прибором TIRC, установленном на трубопроводе подачи исходной смеси С1.
Паровой конденсат из подогревателя П поступает в конденсатоотводчик КO2, откуда удаляется в общий коллектор парового конденсата.
Исходная смесь из подогревателя П подается на питающую тарелку ректификационной колонны. Расход смеси регулируется клапаном ВР2, установленном на трубопроводе подачи исходной смеси в ректификационную колонну. Автоматическое регулирование осуществляется устройством FIRCA.
В ректификационной колонне происходит разделение смеси на дистиллят и кубовый остаток.
С низа ректификационной колоны забирается кубовый остаток, часть которого подается в кипятильник, где испаряется, в виде парожидкостной смеси, поступает в исчерпывающую часть колонны. Нагрев и испарение кубового остатка происходит за счет конденсации водяного пара. Количество теплоты, передаваемое в кипятильнике кубовой смеси регулируется клапаном ВРЗ, установленном на трубопроводе подачи пара в кипятильник. Автоматическое регулирование осуществляется устройством PDIRC в зависимости от давления в верхней и нижней частях колонны КР. Конденсат из кипятильника поступает в конденсатоотводчик KO1, откуда удаляется в общий коллектор парового конденсата.
Часть кубового остатка поступает из ректификационной колонны КР в холодильник X1. Его количество регулируется клапаном ВР4, который управляется прибором LC, в зависимости от уровня жидкости в кубовой части колонны.
После холодильника X1 охлажденный кубовый остаток поступает в кубовую емкость Е2, откуда забирается насосом Н2.
Температура кубовой жидкости на выходе холодильника X1 регулируется клапаном ВР5, установленным на трубопроводе возврата кубовой жидкости из холодильника X1. Вода, нагретая в X1, поступает в общий коллектор оборотной воды.
С верха ректификационной колонны пары дистиллята по трубопроводу O2 поступают в дефлегматор D, а затем поступают в емкость ЕЗ.
Температура наверху колонны регулируется с помощью ВР, установленного на трубопроводе отвода охлаждающей жидкости после дефлегматора D. Автоматическое регулирование ВР6 осуществляется при помощи прибора PIRC, в зависимости от давления наверху колонны КР.
Дистиллят из емкости ЕЗ откачивают насосом Н4.
Часть дистиллята (флегма) поступает в верхнюю часть колонны КР для орошения. Количество флегмы регулируется с помощью клапана ВР8, установленного на трубопроводе подачи дистиллята в колонну КР.
Автоматическое регулирование ВР8 осуществляется с помощью приборов FFIRC, FIRC, QRC в зависимости от заданного флегмового числа.
Часть дистиллята после насоса Н4 подается в холодильник Х2. Уровень жидкости в емкости ЕЗ регулируется с помощью клапана ВР7, установленного на трубопроводе подачи дистиллята в холодильник Х2, в зависимости от показаний прибора LC.
Охлажденный дистиллят после холодильника Х2 поступает в емкость дистиллята Е4, откуда откачивается насосом НЗ.
Температура дистиллята на выходе из холодильника Х2 регулируется с помощью клапана ВР9, установленного на трубопроводе возврата воды из холодильника Х2. Автоматическое регулирование клапана ВР9 осуществляется при помощи прибора TIC, установленного на трубопроводе возврата дистиллята из холодильника Х2.
Обозначение измеряемых параметров:
Плотность |
D |
Расход |
F |
Размер положение, перемещение |
G |
Уровень |
L |
Давление, вакуум |
Р |
Состав, концентрация и т. п. |
Q |
Скорость, частота |
S |
Температура |
Т |
Вязкость |
V |
Масса |
W |
Любая электрическая величина |
Е |
Функции, выполняемые приборами по отображению информации:
А - сигнализация;
I - индикация;
R - регистрация;
Функции, выполняемые приборами по формированию выходного сигнала:
С - автоматическое регулирование;
Преобразователи сигналов:
Т - преобразователь (аналоговый стандартный сигнал)
Обозначение уточняющих значений измеряемых величин:
Д - разность, перепад;
F - соотношение, доля, дробь.