Материал для изготовления колонны и теплообменной аппаратуры выбирают в соответствии с условиями их эксплуатации (прочность, механическая обработка, свариваемость). Главным требованием является коррозионная и химическая стойкости. При конструировании химической аппаратуры учитывают все виды коррозирующего разрушения материалов в агрессивной среде при ее рабочих параметрах. Необходимо стремится к минимальному значению коррозийности (П) (предпочтительно значение не превышающее 0,1).

Для данной бинарной смеси выберем материал Сталь Х18Н10Т (ГОСТ 5632-61). Эта сталь устойчива к агрессивным средам.

Технические требования:

Для управления работой и обеспечения нормальных условий эксплуатации аппараты, подведомственные ГосГорТехнадзору, должны быть снабжены:

1. Приборами для измерения давления и температуры среды

2. Предохранительными устройствами от превышения допустимого давления

3. Запорной трубной арматурой на подводящих и отводящих трубопроводах

4. Указателями уровня жидкости, если в аппарате имеется или может быть жидкость.

Предохранительные устройства на аппарате устанавливаются для того, чтобы в нем не могло повыситься давление выше допустимого.

Допустимое давление не должно превышать расчетное более чем на 10% и не более чем на 0,05 МПа. Пропуская способность предохранительного устройства, принимается равной 90% среднего значения его фактической пропускной способности.

Предохранительные устройства должны устанавливаться на штуцерах или присоединительных трубопроводах в непосредственной близости к аппарату, в месте, удобном для его осмотра.

ректификационная тарельчатая колонна теплообмен

Таблица равновесных составов жидкости и пара бинарной смеси

Переход от массовых концентраций к мольным концентрациями можно осуществить на основании следующего соотношения:

Тогда, для кубового остатка:

Для исходной смеси:

Для дистиллята:

Определение молярных составов смесей:

Данный расчет производится на основании:

Тогда, для кубового остатка:

Для исходной смеси:

Для дистиллята:

Определение средних мольных концентраций жидкости и пара в верхней и нижней частях колонны:

По диаграмме х-у (рис.2) определяем, что каждому составу жидкости соответствует свой равновесный состав пара. Следовательно, мы можем определить равновесные концентрации паровой фазы смесей:

Средние концентрации жидкости и пара можно рассчитать по следующим формулам:

Для удобства введем следующую индексацию: все что, относиться к верхней (укрепляющей) части колонны мы будем обозначать верхним индексом - в, а все, что относится в нижней части колонны (отгонной) - н.

Следовательно, для верхней и нижней частей колонны получим следующие составы жидкости и пара:

Причем по средним концентрациям можно определить средние температуры для верхней и нижней частей колонны. То есть, по диаграмме t - x,y (рис.3).

Определение средних молярных составов жидкости и пара в верхней и нижней частях колонны:

В данном случае удобнее использовать свойство аддитивности молярных масс, то есть, молярную массу бинарной смеси можно представить как суммарный вклад обоих компонентов. Это означает, что для расчета необходимо использовать соотношение:

Подставляя численные данные, получим:

Для исходной смеси:

Учет агрегатного состояния системы

Исходные данные:

a₁= 23 %

x₁ = 0,0848 кмоль А/кмоль см

t₁ = t_кип

Цель расчета: построение рабочей линии тарелки питания:

По диаграмме t - x, y (рис.3) смесь состава должна начать кипеть при температуре равной 67,8 ?С. Согласно заданию курсового проекта, в колонну подается исходная смесь при температуре кипения. Следовательно, принимаем температуру исходной смеси -

Рабочая линия тарелки питания строиться по двум точкам: первая - точка А на диагонали диаграммы у-х, вторая - на оси абсцисс с координатой

Расчет минимального и рабочего флегмовых чисел

Исходные данные:

,

Определение минимального флегмового числа:

Минимальное флегмовое число R_minможно определить по величине отрезка

,

отсекаемого рабочей линией укрепляющей части колонны. Данная рабочая линия является гипотетической. Так как для того чтобы вести процесс по этой рабочей линии необходимо бесконечное число ступеней, это связано с тем, что движущая сила в процессах в 2х точках стремиться к нулю. По диаграмме х-у:

По диаграмме х - у (рис.2): - мольные доли - концентрация низкокипящего компонента в паре, находящемся в равновесии с исходной смесью.

Зная b_min, подставим числовые данные и получим:

Определение рабочего флегмового числа:

Построение рабочей линии:

Для построения рабочей линии необходимо определить величину отрезка, отсекаемого рабочей линией укрепляющей части колонны.

Рабочую линию отгонной части колонны строим по двум точкам. Первая - точка пересечения рабочей линии укрепляющей части колонны с прямой х-х₁, а вторая точка на диагонали диаграммы х-у с абсциссой Х. Рабочую линию укрепляющей части колонны строим так же по двум точкам. Первая - так же, что и для отгонной части, а вторая точка на диаграмме х-у с абсциссой х₂.

L₁ = 4000 кг/ч; a₁ = 23,0 % масс; a₂ = 99,0 % масс; a₀ = 0,2 % масс;

Определение потоков дистиллята и кубового остатка:

Переведем все в систему СИ:

L₁ = 4000 кг/ч = 4000/3600 = 1,111 кг/с>1,111/M₁ = 1,111/21,39 = 0,0519 кмоль/с

Поток дистиллята:

Поток кубового остатка:

Определение потоков жидкой и паровой фазы для отгонной и укрепляющей частей колонны:

Укрепляющая часть:

Величину потока жидкой фазы рассчитывают по уравнению (ист.2, стр.229, уравн.6.4):

Поток паровой фазы (ист.2, стр.230, уравн.6.7):

Отгонная жидкость:

Поток жидкой фазы (ист.2, стр.229, уравн.6.5):

Поток паровой фазы (ист.2, стр.229, уравн.6.7):

Тепловой баланс колонны

Исходные данные: L₁ = 4000 кг/ч = 0,0519кмоль/с;

П = 0,0045 кмоль/с;

L₀ = 0,0474кмоль/с;

R = 0,88;

a₁ = 23,0 % масс;

a₂ = 99,0 % масс;

a₀ = 0,2 % масс;

p_гр = 0,6 Мпа;

Определение расхода тепла в кубовом кипятильнике:

Для определения расхода тепла, в случае подачи в колонну исходной смеси при температуре кипения, можно было бы воспользоваться следующей формулой (ист.3, стр.1035, уравн.12.25):

Первоначально, определим теплоемкости всех основных компонентов в колонне. Для этого по диаграмме t - x,y определим температуры смесей:

Теплоемкость любой из смесей можно определить на основании свойства аддитивности.

По номограмме (ист.4, стр.562, рис. XI) определим теплоемкости чистых компонентов при различных температурах.

Полученные данные сведем в таблицу.

Далее теплоемкости смесей определим по следующему соотношению:

Следовательно, получим:

Следующим шагом является определение теплот парообразования всех основных потоков (ист.4, стр.541, табл. XLV):

Теплоты парообразования определяем по аддитивности:

Следовательно, получим:

Энтальпийное слагаемое соотношения можно рассчитать на основании следующей формулы:

Подставляя числовые данные получим:

В этом случае, расход тепла в кипятильнике составит:

Расчет расхода греющего пара в кубовом кипятильнике:

Расчет расхода греющего пара основан на использовании следующего соотношения:

При условии, что давление греющего пара составляет p_гр = 0,6 Мпа, то его скрытая теплота парообразования равна (ист.5, стр.323, табл. П-5) r_гр = 2109 кДж/кг.

Следовательно, расход составит:

Определение расхода тепла в конденсаторе-дефлегматоре:

Для определения расхода тепла в конденсаторе-дефлегматоре можно использовать следующее соотношение (ист.3, стр.1035, уравнение 12.25):

Расчет расхода охлаждающей воды в конденсаторе-дефлегматоре:

Расчет расхода охлаждающей воды основан на следующем соотношении (ист.3, стр.1037, уравнение 12.29):

Где t_B'' - температура охлаждающей воды на входе в конденсатор, а t_B' - температура охлаждающей воды на выходе из конденсатора.

Следует отметить, что t_B'' не должна быть выше 50?С из-за того, что при этой температуре начинается солей (инкрустация), что весьма нежелательно. Примем t_B'' = 40?C, запас в 10?С обеспечит работу колонны без отложения солей даже в непредвиденных ситуациях. t_B' в свою очередь зависит от ветки воды, используемой для обслуживания колонны. Для нашего случая примем, что колонна будет обслуживаться оборотной водой с температурой 20?С.

Определение расхода тепла в подогревателе исходной смеси:

Для определения расхода в подогревателе исходной смеси можно воспользоваться следующей формулой:

Где - температуры исходной смеси на входе и выходе в подогреватель.

По условию Что касается температуры , то ее выбирают, исходя из условий хранения исходной смеси. Примем, что исходная смесь перед разделением храниться в емкости и что, температура смеси составляет

Расчет расхода греющего пара в подогревателе исходной смеси:

Расчет греющего пара основан на использовании соотношения:

При условии, что давление греющего пара составляет p_гр = 0,6 Мпа, то его скрытая теплота парообразования равна (ист.5, стр.323, табл. П-5) r_гр = 2109 кДж/кг.

Следовательно, расход составит:

Определение тепла, выделившегося при охлаждении дистиллята:

Для определения выделившего тепла, зная количество полученного дистиллята, можно воспользоваться следующей формулой:

Где - температуры дистиллята на входе и выходе из холодильника.

При условии, что температура, при которой дистиллят сконденсировался, является температурой, при которой дистиллят поступает в холодильник

Что же касается температуры , то ее выбирают, исходя из условий хранения полученного дистиллята. Примем, что дистиллят поступает в приемную емкость при температуре

Так как температура среды, которой является дистиллят, изменяется в интервале от 30ч60,5?С, то примем определяющую температуру для дистиллята - t_опр = 45?С.

Тогда, тепло, выделившееся в холодильнике, составит:

Расчет расхода охлаждающей воды в холодильнике для дистиллята:

Расчет расхода охлаждающей воды основан на использовании следующего соотношения:

Исходные данные:

Расчет плотности жидкости для отгонной и укрепляющей частей колонны:

Плотность жидкой смеси можно определить по следующей формуле:

Укрепляющая (верхняя) часть колонны:

Определим плотность индивидуальных жидкостей при данной температуре:

Ацетон - (ист.4, стр.512, табл. IV)

Вода - (ист.4, стр.512, табл. IV)

Отгонная (нижняя) часть колонны:

Определим плотность индивидуальных жидкостей при данной температуре:

Ацетон - (ист.4, стр.512, табл. IV)

Вода - (ист.4, стр.512, табл. IV)

Исходная смесь колонны:

Определим плотность индивидуальных жидкостей при данной температуре:

Ацетон - (ист.4, стр.512, табл. IV)

Вода - (ист.4, стр.512, табл. IV)

Расчет плотности пара для отгонной и укрепляющей частей колонны:

Плотность паровой фазы для обеих частей колонны можно определить на основании закона Менделеева-Клайперона:

Исходная смесь:

Расчет вязкости жидкой фазы для отгонной и укрепляющей частей колонны:

Вязкость смеси нельзя считать по аддитивности компонентов, образующих смесь. Данный расчет производят на основании уравнения Аррениуса - Кендала:

Укрепляющая (верхняя) часть колонны:

Определим вязкость индивидуальных жидкостей при данной температуре:

Ацетон - (ист.4, стр.516, табл. IX)

Вода - (ист.4, стр.516, табл. IX)

Отгонная (нижняя) часть колонны:

Определим вязкость индивидуальных жидкостей при данной температуре:

Ацетон - (ист.4, стр.516, табл. IX)

Вода - (ист.4, стр.516, табл. IX)

Расчет рабочей скорости для отгонной и укрепляющей частей колонны:

С - коэффициент, зависящий от конфигурации тарелок, С=f (h). Расстояние hмежду тарелками зависит в основном от физико-химических свойств разделяемой среду, а также от некоторых других соображений и бывают от 60 до 600 мм и более. Принимаем h = 0,3 м, тогда по графику зависимости Cот h находим: С = 0,031 (ист.4, стр.323, рис.7.2) при h=0,3 м.

Укрепляющая часть:

Отгонная часть:

Расчет диаметра аппарата для отгонной и укрепляющей частей колонны:

Зная рабочую скорость пара в каждой части колонны, мы можем рассчитать диаметр аппарата для соответствующей части колонны. Для этого воспользуемся следующей формулой:

А. Укрепляющая часть:

В. Отгонная часть.

Согласно (ист.2, стр. 197), для химической промышленности значение ГОСТ диаметра аппарата, с учетом нашего случая, равно d_ап = 1,0 м.

Расчет действительной скорости пара для отгонной и укрепляющей частей колонны:

Действительную скорость для аппарата с выбранным значением диаметра можно определить по приведенной ниже формуле:

А. Укрепляющая часть.

В. Отгонная часть.

Высота аппарата

Исходные данные: ,

Графическое определение числа теоритических ступеней:

Из диаграммы х, ус нанесенной на нее рабочей линией следует, что в укрепляющей части колонны число теоритических ступеней равно:

Расчет рабочего числа тарелок:

КПД тарелок (ист.4, стр.323)

Коэффициент относительной летучести б может быть определен по следующей формуле:

Где

p_Aи p_B - упругости паров компонентов А и В соответственно.

А. Укрепляющая (верхняя) часть колонны:

Первоначально определим упругости паров индивидуальных компонентов:

а. Ацетон - (ист.4, стр.565, рис. XIV)

b. Вода - (ист.4, стр.565, рис. XIV)

Тогда, подставляя числовые данные, получим:

По графику (ист.4, стр.323, рис.7.4), при

,

B. Отгонная (нижняя) часть колонны:

Первоначально определим упругости паров индивидуальных компонентов:

a. Ацетон - (ист.4, стр.565, рис. XIV

b. Вода - (ист.4, стр.565, рис. XIV)

Тогда, подставляя числовые данные, получим:

По графику (ист.4, стр.323, рис.7.4), при

,

Рабочее число тарелок:

Расчет высоты ректификационной колонны:

Высота ректификационной колонны рассчитывается исходя из конструктивных и интенсификационных соображений.

Высота тарельчатой части колонны:

- высота кубовой части колонны (ист.6, стр.10, табл.1).

- высота сепарационной части колонны (ист.6, стр.10, табл.1).

- расстояние для установки люка, люки делаются через каждые 4-5 тарелок.

- количество люков.

, ,

Окончательно принимаем, что для разделения бинарной смеси Ацетон - Вода используем тарельчатую клапанную колонну со следующими основными параметрами: ,

Гидравлическое сопротивление колонны

При условии, что давление греющего пар составляет , то температура его конденсации равно (ист.5, стр.323, табл. П-5).

Поскольку оба процесса (конденсация греющего пара и кипение кубовой смеси) происходят при постоянных температурах, то индикаторная диаграмма будет иметь следующий вид.

При передаче теплоты от конденсирующегося пара к кипящей жидкости ориентировочные пара к кипящей жидкости ориентировочные значения коэффициента теплопередачи составляют интервал (ист.4, стр.172, табл.4.8) примем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи, равное .

Расчет и выбор ориентировочного теплообменного аппарата:

Выбор теплообменного аппарата основан на определении площади теплообмена F, которую можно рассчитать, используя ниже приведенную формулу:

Где ?t - движущая сила теплообмена, определяемая как разность температур:

Следовательно, ориентировочное значение поверхности теплообмена составит:

Принимаем одноходовой теплообменник со следующими характеристиками (ист.2, стр.51, табл.2.3):

.

Расчет точного значения коэффициента теплопередачи:

Уточнение коэффициента теплопередачи производится при помощи следующей формулы (ист.3, стр.533, формула 7.5):

Как видно из приведенной формулы, расчет является итерационным.

А - коэффициент, ответственный за процесс конденсации, определяемый по формуле:

,

Для водяного пара значение A_S табулированы (ист.5, стр.149, табл.4.5, при 159,5 С):

Следовательно, для нашего теплообменника значение коэффициента А составит:

- коэффициент, ответственный за процесс теплопроводимости через стенку.

Для выбранного теплообменника

Если принять материал труб - Сталь Х18Н10Т, то коэффициент теплопроводимости равен (ист.9, стр.101, табл.2.21): .

В₀ - коэффициент, ответственный за процесс испарения кубового остатка, определяемый по формуле:

Где ф определяется как:

При температуре, равной

a. Вода: (ист.5, стр.321, табл. П-4)

b. Смесь:

Отсюда:

Давление в кубе определяется как сумма давления верха колонны и гидравлического сопротивления колонны, иными словами:

Таким образом, коэффициент В₀ равен:

Подставляя числовые данные, получим итерационную расчетную формулу, зависящую от ранее принятого значения коэффициента теплоотдачи:

Принимаем расчетное значение коэффициента теплопередачи:

Расчет и выбор теплообменного аппарата на базе уточненного значения коэффициента теплопередачи:

Значение поверхности теплообмена составит:

Окончательно принимаем одноходовой теплообменник со следующими характеристиками (ист.2, стр.51, табл.2.3):

Расчет и выбор конденсатора-дефлегматора

Исходные данные:

Выбор ориентировочного значения теплопередачи:

Поскольку только из процессов, происходящих в дефлегматоре, протекает при постоянной температуре (конденсация дистиллята), а другой при изменяющейся, то индикаторная диаграмма будет иметь следующий вид.

При передаче теплоты от конденсирующего пара органических веществ к воде ориентировочные значения коэффициента теплопередачи составляют интервал (ист.4, стр.172, табл.4.8). Примем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи, равное .

Расчет и выбор ориентировочного теплообменного аппарата:

Выбор теплообменного аппарата основан на определении площади теплообмена F, которую можно рассчитать используя ниже приведенную формулу:

Где - движущая сила теплообмена, определяемая по следующему выражению:

Разность температур ?₁ и ?₂ определяется по индикаторной диаграмме:

Следовательно, ориентировочное значение поверхности теплообмена составит:

Принимаем двухходовой теплообменник со следующими характеристиками (ист.2, стр.57, табл.2.9):

Расчет точного значения коэффициента теплопередачи:

Уточнение коэффициента теплопередачи производится при помощи следующей формулы (ист.3, стр.532, уравн.7.4):

Как видно из приведенной формулы, расчет является итерационным.

А - коэффициент, ответственный за процесс конденсации, определяемый по формуле:

Составляющая часть коэффициента А - параметр A_S, необходимо определить для смеси двух веществ (в большей массе, определение основано на аддитивности величин, входящих в параметр):

A. Коэффициент теплопроводимости л:

Ацетон (ист.4, стр.561, рис. X):

Вода (ист.4, стр.561, рис. X):

Для смеси:

B. Плотность:

Для смеси (ист.4, стр.512, табл. IV или пункт 9.1):

C. Скрытая теплота парообразования r:

Ацетон (ист.4, стр.541, табл. XLV или пункт 8.1):

Вода (ист.4, стр.541, табл. XLV или пункт 8.1):

Для смеси:

Коэффициент динамической вязкости м:

Ацетон (ист.4, стр.556, рис. V):

Вода (ист.4, стр.556, рис. V):

Для смеси:

Отсюда, параметр

_- коэффициент рядности, зависящий как от количества рядов труб, так и от способа расположения труб в ряд (ист.3, стр.520, рис.6.18) .

- коэффициент, ответственный за процесс теплопроводимости через стенку.

Для выбранного теплообменника

Если принять материал труб - Сталь Х18Н10Т, то коэффициент теплопроводимости равен (ист.9, стр.101, табл.2.21):

- коэффициент теплоотдачи, зависящий от многих факторов, среди которых можно выделить гидродинамику движения среды и ее теплопередающую способность.

Так как температура движущейся среды, отводящей тепло, изменяется в интервале 20 - 40С, то примем определяющую температуру .

Плотность воды при составляет (ист.5, стр.321, табл. П-4): .

Следовательно, объемный расход охлаждающей воды составит:

Отсюда линейная скорость движения воды:

Гидродинамика движения среды определяется по значению критерия Рейнольдса:

м берется для воды при 30?С (ист.5, стр.321, табл. П-4). Полученное значение критерия Рейнольдса , это означает, что расчетная формула для Nu (ист.4, стр.152, уравн.4.23):

Pr = 5,54 (ист.4, стр.564, рис. XIII, при 30?С).

Принимаем, что в связи с высокой степенью перемешивания, температуру жидкости вблизи стенки и температуру жидкости в ядре потока считаем приблизительно равными.

То есть:

е₁ - поправочный коэффициент, учитывающий влияние на коэффициент теплопередачи отношения длины трубы к ее диаметру (ист.4, стр.153, табл.4.3):

л = 0,612 (ист.5, стр.321, табл. П-4, при 30?С)

Так с другой стороны:

л = 0,612 (ист.5, стр.321, табл. П-4, при 30?С)

Подставляя численные данные, получим итерационную расчетную формулу, зависящую от ранее принятого значения коэффициента теплопередачи:

Получим следующую зависимость:

Принимаем расчетное значение коэффициента теплопередачи:

Расчет и выбор теплообменного аппарата на базе уточненного значения коэффициента теплопередачи:

Значение поверхности теплообмена составит:

Окончательно принимаем в качестве конденсатора-дефлегматора двухходовой теплообменник со следующими характеристиками (ист.2, стр.57, табл.2.9.):

Расчет и выбор подогревателя исходной смеси

Исходные данные:

Выбор значения теплопередачи:

Поскольку только один из процессов, происходящих в подогревателе, протекает при постоянной температуре (конденсация греющего пара), а другой при изменяющейся, то индикаторная диаграмма будет иметь следующий вид.

При передаче теплоты от конденсирующегося пара к органическим жидкостям ориентировочные значения коэффициента теплопередачи составляют интервал (ист.4, стр.172, табл.4.8). примем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи, равное

Расчет и выбор теплообменного аппарата:

Выбор теплообменного аппарата основан на определении площади теплообмена F, которую можно рассчитать, используя ниже приведенную формулу:

Где ?t - движущая сила теплообмена, определяемая по следующему выражению:

Разность температур определяется по индикаторной диаграмме:

Следовательно, ориентировочное значение поверхности теплообмена составит:

Принимаем одноходовой теплообменник со следующими характеристиками (ист.2, стр.51, табл.2.3):

Расчет и выбор холодильника для дистиллята

Исходные данные:

Выбор значения теплопередачи:

Поскольку оба процесса происходящие в холодильнике, протекают без изменения агрегатного состояния, то индикаторная диаграмма будет иметь следующий вид.

При передаче теплоты от жидкости органических веществ к воде ориентировочные значения коэффициента теплопередачи составляют интервал (ист.4, стр.172, табл.4.8). примем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи, равное .

Расчет и выбор теплообменного аппарата:

Выбор теплообменного аппарата основан на определении площади теплообмена F, которую можно рассчитать, используя ниже приведенную формулу:

Где ?t - движущая сила теплообмена, определяемая по следующему выражению:

Разность температур определяется по индикаторной диаграмме:

Следовательно, ориентировочное значение поверхности теплообмена составит:

Принимаем одноходовой теплообменник со следующими характеристиками (ист.2, стр.51, табл.2.3):

Расчет и выбор холодильника для кубового остатка

Исходные данные:

Выбор значения теплопередачи:

Поскольку оба процесса происходящие в холодильнике, протекают без изменения агрегатного состояния, то индикаторная диаграмма будет иметь следующий вид.

При передаче теплоты от жидкости органических веществ к воде ориентировочные значения коэффициента теплопередачи составляют интервал (ист.4, стр.172, табл.4.8). примем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи, равное .

Расчет и выбор теплообменного аппарата:

Выбор теплообменного аппарата основан на определении площади теплообмена F, которую можно рассчитать, используя ниже приведенную формулу:

Где ?t - движущая сила теплообмена, определяемая по следующему выражению:

Разность температур определяется по индикаторной диаграмме:

Следовательно, ориентировочное значение поверхности теплообмена составит:

Принимаем одноходовой теплообменник со следующими характеристиками (ист.2, стр.51, табл.2.3):

Расчет обечайки

Исходные данные:

Определение толщины обечайки:

Примем материал обечайки Сталь Х17Н13М2Т ГОСТ 5632-61 (ист.9, стр.332), высоколегированная, коррозийно-стойкая, жаростойкая и жаропрочная.

Коэффициент прочности шва для данной стали (ист.9, стр.407, табл.14.7, при возможности сваривания с двух сторон, для обечаек , тип шва - стыковой, двухсторонний): ф = 0,95.

Запас прочности по (ист.9, стр.405, табл.14.6):

Предел текучести (ист.9, стр.84, табл.2.10):

Допускаемое напряжение:

Гидростатическое давление:

Следовательно, необходимой расчетной формулой является (ист.9, стр.413, табл.15.6, уравн.15.3):

Толщина обечайки определяется исходя из выражения S = S + C.

Где С - прибавка на коррозию.

По (ист.9, стр.411, табл.15.3), рекомендованная толщина стенок цилиндрических вальцованных обечаек без прибавки на коррозию при данном диаметре составляет S = 3. Принимаем толщину обечайки, равную S = 8 мм. Таким образом, прибавка на коррозию составила C = 5 мм. Критерием правильности расчет является выполнение неравенства (ист.9, стр.412, уравн.15.5):

В нашем случае мы получим:

Мы получили выражение равенства, то есть расчет выполнен, верно.

Расчет и подбор штуцеров

Для расчета диаметра можно воспользоваться ниже приведенной формулой:

Скорость пара w, согласно (ист.7. стр.42), необходимо принимать в интервале . Для нашего случая примем . Тогда получим:

Принимаем табличное значение (ист.9, стр.659, табл.27.1): d = 125 мм.

Подбор штуцера для входа исходной смеси на тарелку питания:

Скорость течении исходной смеси w, согласно (ист.7, стр.42), необходимо принимать в интервале . Для нашего случая примем . Тогда получим:

Принимаем табличное значение (ист.9, стр.659, табл.27.1): d = 0,1 м.

Подбор штуцера для входа флегмы в колонну:

Скорость течения флегмы w, согласно (ист.8, стр.42), необходимо принимать в интервале . Для нашего случая примем . Тогда получим:

Принимаем табличное значение (ист.9, стр.661, табл.27.6): d = 0,05 м.

Подбор штуцера для выхода кубового остатка:

Скорость течения кубового остатка w, согласно (ист.8, стр.42), необходимо принимать в интервале . Для нашего случая примем . Для нашего случая примем . Тогда мы получим:

Принимаем табличное значение (ист.9, стр.661, табл.27.3) d = 0,05

Подбор штуцера для входа и выхода жидкости в колонну из кубового испарителя:

Диаметры штуцеров подбираются на основании ниже приведенных формул:

Принимаем табличное значение (ист.9, стр.659, табл.27.1) .

Принимаем табличное значение (ист.9, стр.659, табл.27.1) .

Подбор штуцера для входа греющего пара в кубовом кипятильнике:

Скорость пара w, согласно (ист.7, стр.42), необходимо принимать в интервале . Для нашего случая примем . Тогда мы получим:

Принимаем табличное значение (ист.9, стр.657, табл.26.6) d = 80 мм.

Подбор штуцера для выхода конденсата из кипятильника:

Скорость течения кубового остатка w, согласно (ист.8, стр.42), необходимо принимать в интервале . Для нашего случая примем w = 0,5 м/с. Тогда получим:

Принимаем табличное значение (ист.9, стр.661, табл.27.3) d = 80 мм.

Подбор крышки и днища колонны

Подбор крышки:

Принимает крышку эллиптическую, фланцевую (ист.9, стр.596). Исполнение: Материал крышки: Сталь Х18Н10Т. Для крышки принимаем фланцы плоские, приварные для аппаратов с (ист.9, стр.554, табл.21.12).

Подбор днища:

Принимаем днище эллиптическое, отбортованное, стальное (ист.9, стр.440, табл.16.1) по ГОСТ 6533-68. При диаметре аппарата 1000 мм, примем высоту отбортовки - 40 мм.

Расчет и подбор опоры для аппарата

Подбор опор для аппарата основан на определении нагрузки на опору. И, следовательно, выбираются такие опоры, которые выдержали бы такую нагрузку.

Объем аппарата составляет:

Случай, когда колонна полностью заполнена водой, является наиболее тяжелым. При этом масса воды, помещенной в аппарате, составит:

Следовательно, давление воды:

Принимаем в качестве опоры аппарата опору типа 2, с приведенной нагрузкой G = 0,125МН (ист.8, стр.10, табл.1.1).

Опора 2-1000-25-20-1200 ОСТ 26-497-78.

Расчет изоляции кубового испарителя

.

Расчет изоляции кубового испарителя:

Толщину тепловой изоляции д находят из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции от поверхности изоляции в окружающую среду:

Коэффициент теплопередачи от внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду определяется по приведенной формуле:

Примем - температура изоляции со стороны окружающей среды для аппарата работающего под атмосферным давлением на открытом воздухе в зимнее время.

Примем - температура изоляции со стороны аппарата, ввиду незначительного сопротивления (термического) стенки аппарата по сравнению с термическим сопротивлением слоя изоляции, принимаем равной температуре греющего пара.

Примем - температура окружающей среды.

В качестве материала для тепловой изоляции принимаем совелит (смесь 85% магнезии и 15% асбеста), который имеет коэффициент теплопроводимости .

Расчет и подбор перекачивающего устройства

Исходные данные:

Расчет перекачивающего устройства:

Центробежный насос для перекачки исходной смеси:

Геометрическая высота подъема смеси , температура - 20?С, располагаем 2 отвода под 90? и 2 прямоточных вентиля. Скорость течения - 1,21 м/с, диаметр трубопровода - 50 мм.

Коэффициент гидравлического сопротивления

Сумма коэффициентов местных сопротивлений (ист.4, стр.520, табл. XIII).

Полный напор, развиваемый насосом:

Мощность насоса:

Коэффициент полезного действия центробежного насоса при средней подаче принимает значения, составляющие интервал (ист.2, стр. 20) . Примем з = 0,65.

Принимаем (ист.2, стр.38, табл.1) центробежный насос марки Х8/18 с типом электродвигателя АО2-31-2.

Расчет и подбор конденсатоотводчиков

Расчетное количество конденсата после теплопотребляющего аппарата (ист.10, стр.4, уравн.1):

Принимаем, что конденсатоотводчик устанавливается в непосредственной близости от теплопотребляющего аппарата. Тогда давление пара перед кипятильником составит:

Давление пара после конденсатоотводчика:

Условная пропускная способность:

A - коэффициент, учитывающий температуру конденсата и перепад давлений на конденсатоотводчике (ист.10, стр.7, рис.2) = 0,46.

Принимаем первый конденсатоотводчик с диаметром отверстия для входа пара .

Расчет конденсатоотводчика для отвода конденсата из подогревателя:

Расчетное количество конденсата после теплопотребляющего аппарата (ист.10, стр.4, уравн.1):

Принимаем, что конденсатоотводчик устанавливается в непосредственной близости от теплопотребляющего аппарата. Тогда давление пара перед кипятильником составит:

Давление пара после конденсатоотводчика:

Условная пропускная способность:

A - коэффициент, учитывающий температуру конденсата и перепад давлений на конденсатоотводчике (ист.10, стр.7, рис.2) = 0,46.

Принимаем первый конденсатоотводчик с диаметром отверстия для входа пара .

Расчет емкостей

Исходные данные:

L₁ = 1,111 кг/с = 4000 кг/ч;

, , ,

,

Для приема исходной смеси, сбора кубового продукта и дистиллята на проектируемой установке предусмотрены резервуары (ист.11, стр.61). Размеры (объемы) последних рассчитываются исходя из условий обеспечения непрерывности работы установки в течение 1,2 или 6 часов, и степени их заполненности, равной . Нормализованные резервуары выбирают по (ист.12, стр.32).

Расчет емкости для исходной смеси:

Примем объем резервуара для обеспечения непрерывности работы установки в течение 6 часов и степени их заполненности, равной 0,8.

Выбираем резервуар (ист.12, стр.32) ГКК1-1-30-0,07.

Расчет емкости для кубового остатка:

Примем объем резервуара для обеспечения непрерывности работы установки в течение 6 часов и степени их заполненности, равной 0,8.

Выбираем резервуар (ист.12, стр.32) ГКК1-1-30-0,07.

Расчет емкости для дистиллята:

Примем объем резервуара для обеспечения непрерывности работы установки в течение 6 часов и степени их заполненности, равной 0,8.

Выбираем резервуар (ист.12, стр.32) ГКК1-1-10-0,07.

Список используемой литературы

1. В.Б. Коган, В.И. Фридман, В.В. Кафаров. Равновесие между жидкостью и паром. Справочное пособие. Издательство "Наука" Москва-Ленинград, 1966 г.

2. Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию. Издание 2, переработанное и дополненное. Москва "Химия" 1991 г.

3. В.Г. Айнштейн, М.К. Захаров, Г.А. Носов, В.В. Захаренко и др. Общий курс процессов и аппаратов химической технологии. Центр "Интергация" 1999 г.

4. К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Издание одиннадцатое, стериотипное. Перепечатка с издания 1987 г. Москва 2004.

5. М.А. Михеев, И.М. Михеева. Основы теплопередачи. Издание второе. "Энергия" 1977 г.

6. Л.И. Коробчанская, А.К. Литварев, А.Л. Литварев, А.Л. Марченко и др. Колонные аппараты. Каталог. Издание второе, исправленное и дополненное. "ВНИИ НЕФТЕМАШ"

7. М.К. Захаров. Методические указания к курсовому проектированию ректификационных колонн непрерывного действия. Москва, 2010 г.

8. В.Б. Коптева. Опоры колонных аппаратов. Метод. Указ Тамбовский государственный технический университет. 2007 г.

9. А.А. Лащинский, А.Р. Толчинский. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Справочник. Издание 2ое, переработанное и дополненное. Издательство "Машиностроение". Ленинград 1970 г.

10. В.М. Мясоедников. Подбор и расчет конденсатоотводчиков. Москва. МИТХТ им. М.В. Ломоносова. 1989 г.

11. М.К. Захаров. Ректификационная установка непрерывного действия. Методические указания по выполнению курсового проекта. Кафедра ПиАХТ МИТХТ им. М.В. Ломоносова. Москва. 2007г

12. Ю.И. Макаров, А.Э. Генкин. Технологическое оборудование химических и нефтегазоперерабатывающих заводов. Издание 2е, переработанное и дополенное. Москва. "Машиностроение". 1976г.