Расчет насадочной ректификационной колонны непрерывного действия по разделению смеси хлороформ-бензол
колонны непрерывного действия по разделению смеси хлороформ-бензол" width="159" height="46" align="BOTTOM" border="0" />м/сОриентировочный диаметр колонны определяют из уравнения расхода:
Принимаем средний массовый поток пара в колонне G равным полусумме GB и GH:
G=(5,38+5,89)/2 = 5,64 кг/с
Диаметр колонны:
м
Рационально принять стандартный диаметр колонны d=1,4 м. При этом действительные рабочие скорости паров в колонне равны:
2.3 Высота колонны
ректификация бензол хлороформ колонна смесь
Эквивалентная высота насадки:
где s – поверхностное натяжение жидкости, Н/м.
m – тангенс угла наклона равновесной линии.
Высота слоя насадки:
где - теоретическое число изменения концентраций (как видно из графика для верха – 9, для низа – 13 шт.)
Принимаем КПД насадки равное 0,7, тогда действительное число изменения концентраций:
.
Принимаем 32 шт. (13 и 19 шт.)
Высоту колонны определим по формуле [5]:
Н К=Нн+(n-1)hp +НСЕП+НКУБ
где hp – высота промежутков между секциями насадок, м;
НСЕП – высота сепарационного пространства, м;
НКУБ – расстояние между днищем колонны и насадкой, м.
Для колонны диаметром d=1,4 м по [5] принимаем:
НСЕП = 1000 мм
НКУБ = 2000 мм
Тогда высота колонны будет равна:
НК=11,84+(32-1)0,3+1+2=24,14 м.
2.4 Гидравлический расчет колонны
Гидравлическое сопротивление насадки Δр:
ΔР=1169U ΔРc
Гидравлическое сопротивление сухой (неорошаемой) насадки:
где - коэффициент сопротивления сухой неорошаемой насадки, зависит от режима движения газа в насадке
Критерий Рейнольдса для газа в верхней и нижней частях колонны соответственно:
Следовательно, режим движения турбулентный.
Для турбулентного режима коэффициент сопротивления сухой насадки в виде беспорядочно засыпанных колец Рашига:
Гидравлическое сопротивление сухой (неорошаемой) насадки в верхней части колонны:
Па
Гидравлическое сопротивление сухой (неорошаемой) насадки в нижней части колонны:
Па
Плотность орошения в верхней и нижней части колонны:
м3/(м2*с)
м3/(м2*с)
Гидравлическое сопротивление орошаемой насадки в верхней и нижней части колонны:
Па
Па
Общее гидравлическое сопротивление насадки:
ΔР = ΔР.В + ΔР.Н =5706+10030 = 15736 Па.
2.5 Прочностной расчет
По рекомендации [7], принимаем сталь Х18Н10Т, она пригодна для работы при контакте с хлорсодержащими веществами и производными бензола. Коррозия этой стали равномерная, и составляет: w=0,14 мм/год.
Толщина стенки аппарата:
Sp=PpD/(2*φ*[σ]-Pp)
где Рр − расчётное давление, МПа
Рр=Р+Рг
где Р − давление в аппарате, МПа;
Рг − гидростатическое давление столба жидкости.
Так как Рг мало по сравнению с Р, его можно не учитывать.
φ-коэффициент прочности сварных швов, φ=0,9
[σ] − нормативное допускаемое напряжение, МПа
[σ]=η*σ*
η − коэффициент, зависящий от вида заготовки.
Для листового проката η=1. σ*=152 МПа, при t=100оС
Откуда [σ]=152 МПа
Расчетная толщина стенки равна:
Sp=0,1*1,4/(2*0,9*152-0,1)=0,000511 м
Исполнительная толщина стенки равна:
S=Sp+C+C0
где С – прибавка на коррозию, которая находится по формуле:
С=T*w
где Т=10 лет − срок эксплуатации аппарата; С0 − округление до ближайшего целого значения.
S=0.000511+0.0014=0.002 м=2 мм
Примем толщину стенки цилиндрической обечайки 6 мм. Крышку и днище выберем эллиптические, так как они являются наиболее распространёнными. По рекомендации [9] (табл. 7.2. стр. 116) подберём крышку и днище нужного размера. При диаметре аппарата D=1400 мм, толщина стенки крышки и днища будет равна Sд=6 мм. Целесообразно принять толщину стенки цилиндрической обечайки, крышки и днища одинаковой и равной 6 мм.
2.6 Выбор опор
Для определения опоры необходимо определить вес аппарата:
G=mKB*g
где: g - ускорение свободного падения равное 9,8 м2/с.
mKB - масса корпуса, наполненного водой.
mKB=mK+mB
где: mK - масса корпуса аппарата (массой тарелок можно пренебречь).
mB - масса воды залитой в аппарат.
где V − объем, равный:
V=HK*S
где HK − высота колонны с запасом и с учетом крышки и днища: HK=4,6 м.
S − площадь поперечного сечения аппарата:
S=0,785*d2=0.785*0.82=0.55 м2
Тогда объем колонны будет равен:V=0.55*4,6=2,53 м3. Плотность стали приближенно равна:r=7850 кг/м3. Комплекс kS:
где: [s]-нормативное допускаемое напряжение.
j-коэффициент прочности сварных швов равный 0,95
Подставим полученные величины в уравнение (3):
кг.
Масса воды залитой в колонну:
mB = rB*V = 1000*2,53 = 2530 кг
Тогда масса колонны, заполненной водой, будет равна:
mKB=2530+322=2852 кг.
G=2852*9.81=27978 Н.
По рекомендации [9] (стр. 288), принимаем стандартную цилиндрическую опору 3-го типа (с кольцевым опорным поясом ОСТ 26-467-78).
Рис. 1. − Конструкция стандартной цилиндрической опоры для
стальных сварных колонных аппаратов. Тип 3 – с кольцевым опорным
поясом
2.7 Расчёт штуцеров
Диаметр штуцеров найдём по формуле:
где G - массовый расход жидкости(газа), кг/с;
w - скорость жидкости(газа), м/с;
wж=0,5 м/с; wг=3,5 м/с;
ρ-плотность жидкости газа, кг/м3.
Диаметр штуцера для ввода исходной смеси равен:
Принимаем стандартный штуцер d=45 мм (По [9] табл. 10.1, стр. 173)
Диаметр штуцера для отвода пара из верхней части колонны:
мм
Принимаем стандартный штуцер диаметром d=130 мм (По [9] табл. 10.1, стр. 173)
Диаметр штуцера для отвода кубового остатка:
Возьмём стандартный штуцер диаметром d=45 мм (По [9] табл. 10.1, стр. 173)
2.8 Выбор дефлегматора, кипятильника и насоса для перекачки
исходной смеси
Выбор дефлегматора
Тепловой баланс в дефлегматоре:
P*(R+1)*r=Gв*Ср*(tкон-tнач),
где r=247,6 кДж/кг - теплота парообразования хлороформа;
СВ=4,19 кДж/(кг*К) - теплоёмкость воды;
tнач=40оС − температура воды на входе в дефлегматора;
tкон=28оС − температура воды на выходе из дефлегматора;
Из теплового баланса можем найти расход воды в дефлегматоре:
кг/с
Поверхность теплообмена дефлегматора найдём по формуле:
где Q-тепловой поток, Вт.
Q=Gв*Cp*=5,38*4.19*103*12 = 270 кВт.
к − коэффициент теплоотдачи, который можно ориентировочно принять по [2] (табл. 4.8 на стр. 172)
к~500
м2
По рекомендации [9] (стр. 344) выберем подходящий теплообменник:
Теплообменник ГОСТ 15122-79 с площадью теплообмена F=50 м2.
Выбор кипятильника
Считаем, что за раз в кипятильнике испаряется 50% кубового остатка. Значит, количество тепла, необходимое для испарения данного количества жидкости будет равно:
Q=W*r/2=0.72*247,6*103/2=89 кВт
Площадь поверхности кипятильника будет равна:
где, к − коэффициент теплоотдачи, который можно ориентировочно принять по [2] (табл. 4.8 на стр. 172)
к~1500
м2
По полученным результатам в справочнике [9] на стр. 345 выберем подходящий кипятильник:
Испаритель вертикальный, исполнение 1.
Выбор насоса
Для перекачки исходной смеси по каталогу [10]:«центробежных химических насосов с проточной частью из металла» выберём подходящий по техническим характеристикам:
Насос типа АХ(0) 40-25-160-А,К,Е,И. Этот насос предназначен для перекачки химически активных жидкостей плотностью до 1850 кг/м3
Список используемой литературы
Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию. / Ю.И. Дытнерский. − 1991.
Примеры и задачи по курсу ПиАХТ. / Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. − 1987.
Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. / А.Г. Касаткин. − 1961.
Основы расчёта и конструирования массообменных колонн. / Тютюнников А.Б., Товажнянский Л.Л., Готлинская А.П. − 1989.
5. Доманский И.В. Машины и аппараты химических производств. / Доманский И.В.
6. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. / А.А. Лащинский, А.Р. Толчинский.
7. Коррозия и защита химической аппаратуры. / Сухотин А.М. – Т. 7.
8. Стабников В.Н. Расчет и конструирование контактных устройств ректификационных и абсорбционных аппаратов. / В.Н. Стабников.
9. Лощинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов: Справочник. / А.А. Лощинский. − 1981.
10. Каталог центробежных химических насосов с проточной частью из металла.
11. Равновесие между жидкостью и паром. / Коган В.Б., Фридман В.М., Кафаров В.В. − 1966.
12. Михалев М.Ф. Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств. / М.Ф. Михалев.
Размещено на