Расчет ректификационной установки для разделения бинарной смеси ацетон-бензол
6) Расход
греющего пара
в подогревателе:
кг/с
7) Общий
расход греющего
пара:
0,
20+0,09=0,29 кг/с
8) Расход
тепла холодильника:
- дистиллята:
=
П * t2 * C2
=0,3 *56,7 * 2,25=38,3 кВт
- кубового
остатка:
=
ω0 * t0 * C0
=1,9* 77 * 1,47=215 кВт
9) Расход
охлаждающей
воды при нагреве
её на 20 єC
в холодильнике:
- дистиллата:
кг/с
- кубового
остатка:
кг/с
10) Общий
расход охлаждающей
воды:
кг/с
Расчет
кубового кипятильника
1) Расход
тепла в кипятильнике:
Qкип = 575,7 кВт
2) Расход
гр. Пара в кипятильнике:
3) Подготовка
к расчету
коэффициента
теплопередачи:
Error: Reference source not found
В трубах
смесь, в межтрубном
пространстве
- теплоноситель
(конденсированный
пар)
Движущая
сила процесса:
Dt
= T-t = 45,8°С
Коэффициент
теплопередачи
от конденсирующегося
пара к жидкости:
А) Для
водяного пара:
,
где x - высота
труб
с = 0,943 - для
вертикальных
теплообменников
А0 = 12,92·103 [7,
c.149]
kор = 600 Вт/м2·К.
Выбираем
теплообменник
по каталогу:
Одноходовой
теплообменник
типа ТН и ТЛ:
F = 21 м2
l = 1500 мм-длина
трубы
dнґs
= 38ґ2
[мм]
nтруб=121
fтр =0,11 м2-трубное
пространство
Б) Характеристика
стенки:
Выбор
материала из
которого
изготавливать
трубки:
Стальl=46,5
[3, c.529, табл. XXVIII]
По каталогу
[4, с.414] выбираем
толщину стенки:
d=2мм
В) Для
кипящего бензола:
В0 = 40·р0,3·j3
[7]
(коэффициент,
включающий
различные
теплофизические
константы)
Бензол:
Вода:
r
= 815 кг/м3r
= 972 кг/м3 [3, c.512, табл.
IV]
m
= 0,316·10-3 Па·сm
= 0,357 10-3 Па·с [3, c.516, табл.
IX]
М = 78 г/мольМ
= 18 г/моль [3, c.541, табл.
XLIV]
p = рверха
+ Dрполн
= 1,3 бар
В0 = 40·1,30,3·0,4653
= 4,8
4) Расчет
коэффициента
теплопередачи:
kрасч = 1902
Вт/м2·К.
5) Расчет
поверхности
теплообмена:
Одноходовой
теплообменник
типа ТН и ТЛ:
F = 7 м2
H = 1500 мм-высота
трубы
dнґs
= 25ґ2
[мм]
nтруб=61
fтр =0,021м2-трубное
пространство
Dнар = 325 мм
Расчёт
дефлегматора
1) Расход
тепла:
Qд=774 кВт
2) Расход
охлаждающей
воды:
Gвдеф=9,23
кг/с
3) Расчет
движущей силы
теплообменного
процесса:
Error: Reference source not found
°C
4) Расчет
термического
сопротивления:
Материал
трубок:
Стальl=46,5
[3, c.529, табл. XXVIII]
толщина
стенки:
d=2мм(dґS:
25ґ2)
5) Предварительный
выбор теплообменного
устройства:
Задаемся
ориентировочным
коэффициентом
теплопередачи
кор = 500 Вт/(м2·К)
(при вынужденном
движении, при
передаче тепла
от конденсирующегося
пара к воде,
границы задания
ориентировочных
значений к=300ё800)
[3, c.172, табл.4.8]
Ориентировочная
поверхность
теплообмена:
Для одноходового
теплообменника
ближайшей
является F=71м2.
l = 5000 мм-длина
трубы
dнґs
= 38ґ2
[мм]
nтруб=121
fтр =0,11 м2-трубное
пространство
Расчет
скорости воды:
Оценка
режима течения:
nводы
= 0,66 м2/с
- это развитый
турб. режим (Re
> 104)
6) Расчет
a2:
Расчет
значения критерия
Нуссельта по
формуле:
el=1(т.
к. l/d > 50)
По номограмме
[3, c.564, рис. ХIII] определяется
значение критерия
Прандтля: Pr = 3,4
7) Расчет
интенсивности
теплообмена:
c=0,72 - для
горизонтальных
труб
8) Расчет
коэффициента
теплопередачи:
kop=500 Вт/(м2·К)
k=397,9 Вт/(м2·К)
9) Выбор
теплообменника
по каталогу
[4, c.417]:
Одноходовой
теплообменный
аппарат типа
ТН или ТЛ:
F = 97 м2
fтр = 0,176 м2
nтруб=511
Подогреватель
исходной смеси
Error: Reference source not found
где
По каталогу
[4, c.416] выбираем
одноходовой
теплообменник
со следующими
характеристиками:
F = 28 м2
l = 2000 мм-высота
трубы
dнґs
= 38ґ2
[мм]
fтр =0,11 м2-трубное
пространство
Dнар = 600 мм
Водяной
холодильник
дистиллята
Error: Reference source not found
где
F = 9 м2
l = 1000 мм-высота
трубы
dнґs
= 25ґ2
[мм]
fтр =0,0042 м2-трубное
пространство
Dнар = 400 мм
Водяной
холодильник
кубового остатка.
Error: Reference source not found
где
По каталогу
[4, c.413] выбираем
одноходовой
теплообменник
со следующими
характеристиками:
F = 19 м2
l = 4000 мм-высота
трубы
dнґs
= 25ґ2
[мм]
fтр =0,0021 м2-трубное
пространство
Dнар = 325 мм
Подбор
и расчет
конденсатоотводчиков.
При давлении
на входе не
менее 0,1 МПа и
противодавлении
не более 50% давления
на входе устойчиво
работают
термодинамические
конденсатоотводчики.
Они применяются
для отвода
переохлажденного
конденсата.
Расчетное
количество
конденсата
после теплопотребляющего
аппарата:
кг/с =0,86 т/ч
кг/с =0,36 т/ч
Давление
греющего пара
перед конденсатоотводчиком:
P1=0,95*Pгр=0,95*4=3,8
ат
Давление
после конденсатоотводчика
при свободном
сливе конденсата:
Р2=0,1 ат.
Условная
пропускная
способость:
КVу=
,
где
ΔР
= Р2 - Р1 - перепад
давления на
конденсатоотводчике,
ат.
А - коэффициент,
учитывающий
температуру
конденсата
и перепад давлений
на конденсатоотводчике
(определяется
по графику).
т/с
мм
Подбираем
конденсатоотводчик
для кипятильника:
Dу=50
мм; L=200 мм; L1=24
мм; Hмакс=103
мм; H1=60 мм;
D0=115 мм
т/с
мм
Подбираем
конденсатоотводчик
для подогревателя:
Dу=20
мм; L=100 мм; L1=16
мм; Hмакс=63
мм; H1=22,5 мм;
D0=67 мм
В данном
проекте используют
термодинамические
конденсатоотводчики
45Ч12ИЖ для автоматического
отвода из
пароприемника
конденсата
водяного пара
рабочей температуры
до 200 єC.
Расчет и выбор
вспомогательного
оборудования
Расчет
емкостей.
Для приема
исходной смеси
(Е1), кубового
остатка (Е2) и
дистиллата
(Е3) должны быть
предусмотрены
резервуары.
Размеры последних
рассчитываются,
исходя из условий
обеспечения
непрерывности
работы установки
в течение 6 часов
(τ) и
заполнении
их на 0,8 емкости
(К3).
Расчет
резервуара
для хранения
исходной смеси.
Исходные
данные: a1=0,15
масс дол.
W1 =2,22 кг/с;
τ=6ч
=21600 с; ρА=791,0
кг/м3
К3=0,8; ρВ=879,0кг/м3
при 20 єC
кг/м3
м3
Подбираю
емкость ГЭЭ1-1-100-0,6.
Dвн=3200 мм
L(H) =16700 мм
Расчет
резервуара
для хранения
дистиллата.
Исходные
данные: d2=0,925
масс дол.
П =0,55 кг/с;
τ=21600
с; ρА=791,0
кг/м3
К3=0,8; ρВ=879,0кг/м3
при 20 єC
кг/м3
м3
Подбираю
емкость ГЭЭ1-2-125-0,6.
Dвн=2400 мм
L(H) =4500 мм
Расчет
резервуара
для хранения
кубового остатка.
Исходные
данные: a0=0,025
масс дол.
W0 =1,9 кг/с;
τ=21600
с; ρА=791,0
кг/м3
К3=0,8; ρВ=879,0кг/м3
при 20 єC
кг/м3
м3
Подбираю
емкость ГЭЭ1-1-100-0,6.
Dвн=3200 мм
L(H) =16700 мм
Расчет толщины
тепловой изоляции
ректификационной
установки.
Расчет толщины
тепловой изоляции
проводится
по формуле:
,
где
αВ
=9,3+0,058*
- коэффициент
теплоотдачи
от внешней
поверхности
изоляционного
материала в
окружающую
среду, Вт/м2 *К.
- температура
изоляции со
стороны окружающей
среды.
=20
0С
- температура
изоляции со
стороны колонны.
Ввиду незначительного
термического
сопротивления
стенки аппарата
по сравнению
с термическим
сопротивлением
слоя изоляции:
≈
При Ргр =4ат. →
=142,9
0С
- температура
окружающей
среды (воздуха).
Температура
воздуха в г.
Ярославле зимой
- 20 0С.
λu
- коэффициент
теплопроводности
изоляционного
материала в
качестве материала
для тепловой
изоляции выбираю
совелит (85% магнезии
и 15% асбеста). По
(1, стр.504, табл. XXVIII)
для совелита
λu
=0,09
αВ
=9,3+0,058 * 40 =11,6
м
Принимаю
толщину тепловой
изоляции 0,23м
и для других
аппаратов.
Список использованной
литературы
1) Коган В.Б.,
Фридман В.М.,
Кафаров В.В.
Равновесие
между жидкостью
и паром, М.: Наука,
1966.
2) Захаров
М.К., Солопенков
К.Н., Варфоломеев
Б.Г. Методические
указания к
курсовому
проектированию
ректификационных
установок
непрерывного
действия, М.:
Полинор-М, 1995.
3) Павлов
К.Ф., Романков
П.Г., Носков А.А.
Примеры и задачи
по курсу процессов
и аппаратов
химической
технологии,
Л.: Химия, 1987.
4) Лащинский
А.А., Толчинский
А.Р. Основы
конструирования
и расчета химической
аппаратуры:
Приложение
к справочнику,
М.: Машиностроение,
1970.
5) Колонные
аппараты: Каталог,
М.: Цинтихимнефтемаш,
1978.
6) Лащинский
А.А., Толчинский
А.Р. Основы
конструирования
и расчета химической
аппаратуры:
Справочник,
М.: Машиностроение,
1970.
Мясоединков
В.М. / Под ред. Б.Г.
Варфоломеева
Подбор и расчет
конденсатоотводчиков,
М.: МИТХТ, 1989.
Борисов
Г.С., Брыков В.П.,
Дытнерский
Ю.И. и др. Основные
процессы и
аппараты химической
технологии:
Пособие по
проектированию,
М.: Химия, 1991.
Сварное
емкостное
оборудование.
Каталог ЦИНТИХИМНЕФТЕМАН,
"Москва", 1987 г.