Автор работы: Пользователь скрыл имя, 04 Апреля 2014 в 19:29, курсовая работа
В современной химической промышленности широкое применение нашли высокоэффективные технологические процессы с использованием агрегатов большой единичной мощности, средств механизации и автоматизации.
В структуре химического производства техник-технолог занимает должности аппаратчика, оператора технологических установок, мастера или начальника участка, начальника смены производства, техника-конструктора и др. Таким образом, техник-технолог занимается организацией и управлением производства, разработкой необходимой конструкторской документации, связанной с реконструкцией и проектированием производств.
Введение 2
1. Технологическая часть
1.1 Сущность и назначение процесса 3
1.2 Сравнительная характеристика 5
1.3 Описание аппарата 6
1.4 Описание схемы 7
1.5 Характеристика сырья 9
1.6 Техника безопасности и охрана труда 10
2. Расчетная часть
2.1 Материальный баланс 13
2.2 Технологический расчет 14
2.3 Гидравлический расчет 18
2.4 Тепловой баланс 23
2.5 Расчет насоса 25
3. Экономический расчет 26
Заключение 27
Список литературы
где ω – скорость пара в колонне, м²/с;
Sсв – относительная площадь свободного сечения тарелки, м²;
hп – высота сливной перегородки, м;
ρп и ρж – плотности пара и жидкости, кг/м³;
Dж – коэффициент диффузии легколетучего компонента в исходной смеси, определяемый по формуле:
Dж = 7,4 * 10־¹²
* (β * М)½ *Т / μ * υ0,6
σ – поверхностное натяжение жидкости питания, Н/м.
Физико-химические константы отнесены к средней температуре в колонне.
Предварительно рассчитаем коэффициент диффузии Dж. В нашем случае:
β = 1;
М = МF = 47,4 кг/кмоль;
Т = 101 + 273 = 374 К;
μж = 0,3877 * 10ˉ³ Па;
υ = 6 * 14,8 + 6 * 3,7 – 15 = 96
Коэффициент диффузии:
Dж = 7,4 * 10־¹² * 47,40,5 * 374 / 0,3877 * 0,6 = * 10-9 м²/с
Безразмерные комплексы:
К1 =1,096 * 0,04 * 1,34 / 0,08 *973,9 * 5,97 * 10-9 = 1,262 * 105
К2 = 39,35 * 10ˉ³ / 1,096 *973,9 * 5,97 * 10-9 = 0,62 * 104
Средний к.п.д. тарелки:
ηо = 0,068 * (1,262 * 105)0,1 * (0,62 * 104)0,115 = 0,60,
что близко к найденному значению ηl.
Число тарелок
в верхней части колонны:
n' = n'т / ηl = 12 / 0,64 = 19
в нижней части колонны:
n'' = n''т / ηl = 14 / 0,64 = 22
Общее число тарелок n = 31, с запасом n = 35, из них в верхней части колонны 21 и 24 в нижней части тарелок.
Высота тарельчатой части колонны:
Нт (n – 1) * h = (35 – 1) * 0,5 = 17 м
Принимая расстояние от верхней тарелки до крышки колонны h1 = 2420 мм и от нижней тарелки до днища h2 = 3000 мм, определим полную высоту колонны:
Нк = Нт + h1 + h2 = 17 + 2,42 + 3 = 22,42 м
Тепловой баланс
Для выполнения тепловых расчетов определим температуры кипения и теплоемкости исходной смеси, дистиллята и кубового остатка.
Для определения температур кипения на оси абсцисс наносим состав кубового остатка Xw = 0,03, исходной смеси XF = 0,3 и дистиллята Xp = 0,97.
Из полученных точек проводим вертикальные прямые до пересечения с кривой температур кипения (соответственно точки А, В и С). Из этих точек проводим горизонтальные прямые до пересечения с осью ординат. Температуры кипения в соответствующих точках пересечения имеют следующие значения:
для кубового остатка tw =105 °C
для исходной смеси tF = 100°С
для дистиллята tp = 100°С.
Теплоемкости воды при 100 и 105°С соответственно равны 1005и 1010Дж/кг*К; для уксусной кислоты при тех же температурах теплоемкости соответственно 560 и 565 Дж/кг*К.
Теплоемкости исходной смеси, дистиллята и кубового остатка, представляющих смесь уксусной кислоты и воды, определяются по формуле:
с = снк *х + свк *(1 – х)
с p = 1005*0,97 + 560*(1 – 0,97) = 991,65Дж/кг*К
с w = 1010*0,03 + 565*(1 – 0,03) = 578,35 Дж/кг*К
сF = 1005*0,3 + 560*(1 – 0,3) = 693,5 Дж/кг*К
Определяем теплоту парообразования флегмы при t = 80°С:
rф = rнк * x + rвк (1 – х)
где r – удельная теплота парообразования.
rв. = 2258,4 кДж/кг;
rу. = 406,4кДж/кг;
rф = 2258,4 * 0,97 + 406,4 * (1 – 0,97) = 2202,84 кДж/кг = 2202,84 * 10³ Дж/кг
Энтальпия пара, выходящего из колонны, определяется по формуле:
in = rф + cф * tф = rp + с p * tp
in = 2202,84 *10³ + 991,65 * 100 = 2302005 Дж/кг
Потери теплоты принимаем равными 3% от её расходы в кубе.
Расход теплоты в кубе колонны с учетом тепловых потерь определяем по формуле:
Q = Gг.п. * (I г.п. – Iк) = W*(сw * tw - сF * tF) + P * R * rф + Р *(in – сF * tF) + Qпот. (9)
Q = 2,72 * (578,35 * 105 – 693,5 * 100) + 0,28 * 1,395 * 2202,84 * 10³ +
+ 0,28 * (2302005 – 693,5 * 100) + 0,03 * Q
Q = 1462117,464 + 0,03 * Q
Q = 1505980,988 Вт
Расход тепла в паровом подогревателе исходной смеси:
Q = 1,05FcF (tF - tнач)=1,05*10800/3600*0,986*
cF= 0,97*1+0,03*0,525=0,986*4190 Дж/(кг*К) при температуре 100+18/2=59
Расход тепла, отдаваемого охлаждающей воде в водяном холодильнике дистиллята:
Q= Pcp(tр - tкон)= 1012,5/3600*0,986*4190*(100-
cF= 0,986*4190 Дж/(кг*К) при температуре 100+24/2=62
Расход тепла, отдаваемого охлаждающей воде в водяном холодильнике кубового остатка:
Q= Wcw(tw - tкон)= 9787,5/3600*0,671*4190*(105-
cw= 0,671*4190 Дж/(кг*К) при температуре 105+24/2=64,5
Расход греющего пара в кубе колонны:
Gг.п. = Q/r*хр
Gг.п. = 1505980,988/2141*10³ * 0,97 = 0,73 кг/с
Принимая повышение температуры воды в холодильниках на 20°С, определяем расход воды
в дефлегматоре: G' = Р * (R + 1) * rр / (св * Δt)
G' = 1012,5/3600 * (1,395 + 1) * 2202,84 * 10³ / (4190 * 20) = 17,7 кг/с;
в холодильнике дистиллята: G'' = Р * с p * (tp1 – tp2) / (св * Δt) (44)
G'' =1012,5/3600 * 991,65 * (100 – 24) / (4190 *20) = 0,25 кг/с
в холодильнике кубового остатка: G''' = W * сw * (tw1 – tw2) / (св * Δt) (45)
G''' = 9787,5/3600 * 578,35 * (105 – 24) / 4190 * 20) = 1,52 кг/с
Общий расход воды равен:
Gв = 17,7 + 0,25 + 1,52 = 19,47 кг/с
Расчет насоса
F = 3 кг/с = 10800 кг/ч ≈20 м³/ч
Для подачи исходной смеси устанавливаем центробежный насос марки
Х20/18 с производительностью 20 м³/ч; напор 18 м; n = 2900 об/мин; электродвигатель типа 2В100S2 с мощностью 4 кВт.
Gв = 19,47 кг/с ≈ 45 м³/ч
Для подачи воды устанавливаем центробежный насос марки К45/30 с производительностью 45 м³/ч; напор 30 м; n = 2900 об/мин; электродвигатель типа 4А112М2 с мощностью 7,5 кВт.
Экономический расчет
Название |
Вес, т |
Материал |
Стоимость |
Всего |
корпус |
8,5 |
Сталь нержавейка Х18Н9Т |
2225 |
18913 |
Тарелки ТС-Р |
7 |
Х18Н9Т |
1000 |
7000 |
Труба Д4 65 |
1 |
Ст20 |
250 |
250 |
Труба Д4 40 |
0,5 |
Ст20 |
270 |
135 |
Гильза термометра |
0,5 |
Ст3 |
140 |
70 |
Опора цилиндрическая |
7 |
Х18Н9Т |
1020 |
7140 |
Устройство показателя уровня |
0,5 |
Ст3 |
140 |
70 |
Итого: 33578 руб.
Доплаты |
% |
Рубли |
1. Монтаж |
10 |
3057,8 |
2. КИП |
5 |
1528,9 |
3. Изоляция |
10 |
3057,8 |
4. Трубопроводы |
15 |
4587 |
5. Изготовление и ремонт |
30 |
9173,4 |
Итого: 21404,9 руб.
Сметная стоимость аппарата:
33578 + 21404,9 = 54982,9 руб.
Амортизационные отчисления 6%:
54982,9 –––––– 100%
Х –––––– 6%
Х = 3298,97 руб.
Затраты на пар:
Зп = Q * 640 руб. / 1,163 * 109 кал * 18 т/ч = 1813501,44 * 640 / 1,163 * 109 *
*18 = 0,0554 руб.
Затраты на воду:
Зв. = W * 9 руб. / 18 т/ч = 113,4 * 9 / 18 = 56,7 руб.
Затраты на электроэнергию:
Зэ. = N * 2 руб. / 18 = (15 +4) * 2 / 18 = 2,1 руб.
Заключение
Ректификация это процесс, который осуществляется в противоточных колонных аппаратах с контактными элементами в виде тарелок. Процесс ректификации обладает рядом особенностей.
Различное соотношение нагрузок по жидкости и пару в нижней и верхней части колонны.
Совместное протекание процессов массо и теплопереноса.
Всё это осложняет расчет тарельчатых ректификационных колонн. Большое разнообразие тарельчатых контактных устройств затрудняет выбор колонны. В данном случае мы выбираем колонну с тарелками типа ТС-Р, потому что она соответствует общим требованиям таким как: высокая интенсивность единицы объема аппарата, его стоимость.
Диаметр и высота колонны определяются нагрузками по пару и жидкости и физическими свойствами взаимодействующих фаз.
Список литературы