Автор работы: Пользователь скрыл имя, 14 Декабря 2013 в 18:07, курсовая работа
Ректификация – многократная дистилляция, проводимая таким образом, что восходящий поток пара взаимодействует с нисходящим потоком жидкости, обогащенной легколетучим компонентом. В результате массопередачи поднимающийся пар обогащается легколетучим компонентом, а стекающая жидкость труднолетучим. Ректификация заключается в противоточном взаимодействии паров, образующихся при перегонке, с жидкостью, получающейся при конденсации паров.
Разделение осуществляется обычно в колонных аппаратах при многократном или непрерывном контакте фаз. При каждом контакте из жидкости испаряется преимущественно низкокипящий компонент, которым обогащаются пары, а из паровой - конденсируется преимущественно высококипящий компонент, переходящий в жидкость.
ВВЕДЕНИЕ 3
1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА РЕКТИФИКАЦИИ 5
2. ПОДБОР МАТЕРИАЛА 7
3. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ 8
4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЫ 10
5. МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ УСТАНОВКИ 20
6. РАСЧЕТ КОЖУХОТРУБЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА 27
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 31
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 32
Уравнения рабочих линий:
а) верхней (укрепляющей) части колонны:
б) нижней (исчерпывающей) части колонны:
4.2. Определение скорости пара и диаметра колонны.
Средние концентрации жидкости:
а) в верхней части колонны
б) в нижней части колонны:
Средние концентрации пара
а) в верхней части колонны
б) в нижней части колонны
Средние температуры пара определяем по диаграмме t – (x, y) рис. 3.2.
а) при y` = 0,734 t` = 91,5 0C
б) при y`` = 0,317 t``= 109 0C
Средние мольные массы и плотности пара:
а)
б)
Средняя плотность пара в
Температура вверху колонны
Плотность уксусной кислоты при 111,7 0C ρУ.К.= 936,94 кг/м , а бензола при 81,7 0C ρБ =813.13 кг/м . [5]
Принимаем среднюю плотность жидкости в колонне:
Определяя скорость пара ω в колонне по данным принимаем расстояние между тарелками h = 300мм, С = 0,032.
Объемный расход проходящего через колонну пара при средней температуре в колонне t = (91,5 + 109)/2 = 100,25 0C
где МD - молярная масса дистиллята, равная
MD= 0,874·78 + 0,126·60 = 75,7кг/кмоль.
Диаметр колонны:
По [2] принимаем D = 1600мм, тогда скорость пара в колонне будет:
4.3. Гидравлический расчет колпачковой тарелки.
Принимаем следующие размеры колпачковой тарелки:
Высота сливного порога h = 50мм.
Диаметр патрубка принимают из ряда: 50, 75, 100, 125, 150.
Задаемся диаметром патрубка 75мм.
Диаметр
колпачка находим из условия
равенства скорости пара в
газовом патрубке и в
Примем толщину стенки патрубка 3мм.
Принимаем ширину прорези bпр=5 мм,
высоту прорези hпр=20 мм.
Количество колпачков на тарелке
Принимаем n = 45 штук.
Длина окружности колпачка:
Количество прорезей
где а - расстояние между прорезями, а=4 мм
Принимаем nпр.=38
Схема колпачка.
Рис. 3.1.
На каждой тарелке колонны расположено по 45 колпачков, каждый из которых имеет по 38 прямоугольных прорезей размером b h = 5 20мм. Расстояние между прорезями 4мм; расстояние между тарелкой и верхним краем прорезей h = 30мм.
Определяем скорость пара в прорезях:
Гидравлическое сопротивление тарелки в колонне рассчитывается по формуле:
∆p = ∆p
Сопротивление сухой тарелки:
ξ – коэффициент сопротивления колпачковой тарелки, равен 3,0;
ω - скорость пара в прорезях, м/с;
- средняя плотность пара в колонне.
Сопротивление вызываемого
σ=19,8·10-3 H/м
σ – поверхностное натяжение, Н/м;
d - эквивалентный диаметр отверстия
, где f – площадь свободного сечения прорези; П – периметр прорези.
Тогда
Сопротивление столба жидкости на тарелке:
k – относительная плотность газожидкостного слоя, 0,5;
- средняя плотность жидкости в колонне, кг/м3;
l – расстояние от верхнего края прорези до конца порога, 20мм;
∆h – градиент уровня жидкости, 10мм.
Общее
сопротивление тарелки в
∆pобщ = 230 + 10 + 223 = 463 Н/м2
4.4. Определение числа тарелок и высоты колонны.
На диаграмму х-у (см. рис.3.1.) наносим рабочие линии верхней и нижней части колонны и находим число теоретических тарелок. В верхней части колонны n` = 3, в нижней части колонны n`` = 3, всего 6 тарелок.
Число тарелок рассчитываем по уравнению:
Для определения среднего к.п.
При этой температуре давление насыщенного пара бензола
PБ= 1344 мм.рт.ст.,
уксусной кислоты PУ.К.= 420 мм.рт.ст.
, откуда
Динамический коэффициент
Принимаем динамический коэффициент вязкости исходной смеси
μ = 0,36·10 Па·с.
Тогда αμ = 3,2· 0,36 = 1,15.
По графику находим ηср = 0,48 [5, стр. 323].
Длина пути жидкости на тарелке
l = D – 2b = 1600 – 2·300 = 1000 мм = 1,0 м.
По графику находим ∆=0.03 [5, стр. 324]
Тогда
η = η (1+∆)=0,48(1+0,03)= 0,5
Число действительных тарелок:
;
Общие число тарелок n = 12, с запасом nТ = 14, из них в верхней части колонны 7 и в нижней части 7 тарелок.
Высота тарельчатой части
, с учетом добавки на люк:
Общее гидравлическое сопротивление тарелок:
4.5. Тепловой расчет установки.
Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре – конденсаторе:
где:
где rБ, rУ.К.- удельные теплоты конденсации бензола и уксусной кислоты при 81,7 0С.
rБ=391 кДж/кг, rУ.К.=388 кДж/кг [5, табл. XLV, стр. 541-542]
Расход теплоты, получаемой в кубе – испарителе от греющего пара:
Здесь тепловые потери приняты в размере 3% от полезно затрачиваемой теплоты: удельные теплоемкости взяты соответственно при tD= 81,7 0С, t = 111,7 0С, t = 93,5 0С, которые определены по рис. 3.2. [5, рис. XI, стр. 562]
Расход теплоты в паровом
Здесь тепловые потери приняты в размере 5%, удельная теплоемкость исходной смеси с =2011,2 Дж/кг·К взята при средней температуре
(93,5 + 20)/2 = 57 0С.
Расход теплоты, отдаваемой
где удельная теплоемкость дистиллята сD= 1885,5 Дж/кг·К взята при средней температуре (82 + 30)/2 = 56 0С.
Расход теплоты, отдаваемой
где удельная теплоемкость кубового остатка с =2178,8 Дж/кг·К взята при средней температуре (111,7 + 30)/2 = 71 0С.
Расход греющего пара, имеющего давление р =3 кгс/см2 и влажность 5%:
а) в кубе – испарителе:
б) в подогревателе исходной смеси:
Всего: 0,74 + 0,38 = 1,12 кг/с или 4 т/ч
Расход охлаждающей воды при нагреве её на 20 0С:
а) в дефлегматоре
б) в водяном холодильнике дистиллята
в) в водяном холодильнике кубового остатка
Всего: 0,0877 м3/с или 316 м3/час.
5. МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ УСТАНОВКИ
5.1.Расчет толщины обечаек.[4]
Исполнительную толщину стенки аппарата, нагруженной внутренним избыточным давлением, рассчитывают по формуле:
где p – внутреннее избыточное давление
р = ρ·g·h = 2,275·9,81·11,7 = 261,1 Па
ρ – средняя плотность пара в колонне; h – высота колонны.
Так как среда является слабо агрессивной, то принимаем сталь Х18Н10Т, для которой = 134МПа.
С – прибавка к расчетным толщинам; С = ПТа= 0,1·20 = 2мм; П = 0,1мм/год – скорость коррозии; Та= 20лет – срок службы аппарата.
[ ] - допускаемое напряжение.
[ ] = η = 1·134 = 134МПа
η = 1 – поправочный коэффициент, учитывающий вид заготовки.
φ = 1 – коэффициент сварных швов.
По [4] толщину обечайки примем s = 6мм.
5.2. Расчет толщины днища и крышки.[4]
Эллиптические днище и крышка
Рис. 5.1.
Толщина стенки днища и крышки определяется по формуле:
R – радиус кривизны в вершине днища.
R = D – для эллиптических днищ с H = 0,25·D
H = 0,25·1600 = 400мм.
R = 1600мм.
Принимаем толщину крышки и днища равной толщине стенки 6мм.
Длину цилиндрической отбортованной части днища по [4] принимаем равной h1 = 50мм.
5.3. Расчёт изоляции колонны.[4]
Определим необходимую толщину
Найдем
коэффициент теплоотдачи в
α=9.74+0.07(tст- tвозд)= 9.74 + 0.07(35-10)=11.49 Вт/м2*К
tст - температура со стороны окружающей среды, tст= 35 0С;
Найдем удельный тепловой поток:
q= α(tст- tвозд)=11.49(35-10)= 287.25 Вт/м2
Принимая,
что все термическое
q= la(tст- tвозд)/b
где la= 0.098 – теплопроводность совелита,
b= la(tст- tвозд)/q = 0.098(111,7-10)/287,25 = 0,035 м
Т.к. наиболее горячая часть колонны – это куб, то для всей колонны можно принять ту же толщину изоляции.
5.4. Расчет штуцеров.[4]
Расчет штуцеров сводится к диаметру штуцера:
ω – скорость жидкости 2м/с, скорость пара 20м/с.
Штуцер с приварным фланцем.
Рис. 5.2.
5.4.1 Штуцер для ввода исходной смеси.
VF = GF/rF = 5,0/900,5 = 0,005 м3/с
где
По ОСТ 26-1404-76 примем штуцер с наружным диаметром 89мм, с условным проходом Dу=80 мм.
5.4.2 Штуцер для ввода флегмы.
По ОСТ 26-1404-76 примем штуцер с наружным диаметром 45мм, с условным проходом Dу=40мм.
5.4.3 Штуцер для отвода кубового остатка.
Vw = Gw= 3,28 м3/с
По ОСТ 26-1404-76 примем штуцер с наружным диаметром 57мм, с условным проходом Dу=50мм.
5.4.4 Штуцер для вывода паров дистиллята.
V=GD(R+1)/ρП
rП = r' = 2,45 кг/м3 - плотность пара вверху колонны
Информация о работе Спроектировать установку непрерывного действия