Размещено на http://www.allbest.ru/

33

Ректификационная установка непрерывного действия для разделения бинарной смеси

Задание на курсовой проект

Рассчитать ректификационную колонну непрерывного действия для разделения смеси этиловый спирт-вода по следующим данным:

Разделяемая смесь: этиловый спирт - вода.

1) Производительность по исходной смеси

2) концентрация легколетучего компонента (в % (по массе)); в исходной смеси в дистилляте в кубовом остатке

3) Давление в колонне -

4) Тип ректификационной колонны - тарельчатая; тип тарелки - колпачковая;

5) Температура исходной смеси - 20 ⁰С.

Конструкция колонны - с колпачковыми тарелками.

Спирт этиловый С₂Н₅ОН имеет следующие характеристики:

Мольная масса 4607; плотность 790 кг/м³. Температура кипения - 78,3^оС. Давление насыщенного пара при 20 ⁰С - 0,44 МПа. Удельная теплота парообразования 9134 кДж/кг при 20 ⁰С.

Рассчитать размеры ректификационной колонны, поверхности кипятильника, параметры насосов.

Содержание

Введение

1. Описание установки непрерывного действия для ректификации

1.1 Аппараты тарелочного типа

1.2 Ректификационные аппараты с колоннами

1.3 Описание схемы ректификационной установки

2. Материальный баланс колонны

2.1 Определение рабочего флегмового числа

2.2 Определение числа ступеней

3. Технологический расчет

3.1 Определение объемов пара и жидкости, проходящих через колонну

3.2 Расчет скорости пара и диаметра колонны

4. Расчет кипятильника

5. Расчет и выбор насоса для выдачи исходной смеси на установку

5.1 Определение диаметра трубопровода

5.2 Определение потерь

5.3 Потери напора

5.4 Выбор насоса

5.5 Предельная высота всасывания

Список использованной литературы

Введение

В современных производствах широкое применение нашли высокоэффективные технологические процессы с использованием агрегатов большой единичной мощности, оснащенные средствами механизации и автоматизации. Условия работы аппаратов часто характеризуются широким диапазоном температур при агрессивном воздействии среды.

Основными требованиями, которым должны отвечать такие аппараты, являются их механическая надежность, долговечность, конструктивное совершенство, простота изготовления, удобство транспортирования, монтажа и эксплуатации. Поэтому к конструкционным материалам проектируемой аппаратуры предъявляют следующие требования: высокая коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах при рабочих параметрах процесса; высокая механическая прочность при заданных рабочих давлениях, температуре и дополнительных нагрузках, возникающих при гидравлических испытаниях и эксплуатации аппаратов; хорошая свариваемость материалов с обеспечением высоких механических свойств сварных соединений; низкая стоимость и доступность материалов.

Кроме того, при выборе конструкционных материалов необходимо учитывать физические свойства материалов (теплопроводность, линейное, расширение и т. д.).

Для изготовления аппаратов в химической промышленности в качестве конструкционных материалов применяют черные металлы и сплавы (стали, чугуны), цветные металлы и сплавы, незащищенные и защищенные с поверхности покрытиями (металлическими и неметаллическими), а также неметаллические материалы. В пищевом машиностроении поверхности, соприкасающиеся с пищевыми продуктами выполняются из нержавеющей, часто хромоникелевой стали. Легирующий элемент - хром - повышает твердость стали, увеличивает ее жаропрочность, повышает устойчивость против коррозии.

Никель значительно увеличивает вязкость металла, повышает пластичность, прочность, коррозионную стойкость. И только весьма высокая стоимость сдерживает более широкое применение этого легирующего элемента в отечественном машиностроении.

Для сохранения чистоты продукта материал должен обладать высокой химической стойкостью. К таким материалам можно отнести органические конструкционные материалы - органические полимеры (пластмассы). Они обладают высокой химической стойкостью ко многим агрессивным средам. Однако такие материалы подвержены термической и фотохимической деструкции, биологической коррозии в результате действия жидких и газообразных агрессивных сред.

Расчет ректификационной установки включает в себя определение расхода дистиллята и кубового остатка. Размеров ректификационной колонны и ее гидравлического сопротивления, тепловой расчет колонны, дефлегматора, кипятильника, подогревателя исходной смеси и холодильников дистиллята и кубового остатка.

1. Описание установки непрерывного действия для ректификации

Ректификация - это массообменный процесс, который осуществляется в большинстве случаев в противоточных колонных аппаратах с контактными элементами (тарелки, насадки). Особенности процесса ректификации в отличие от процессов в абсорбции заключается в различном соотношении нагрузок по жидкости и пару в нижней и верхней частях колонны, переменный по высоте коэффициент распределения, совместное протекание процессов массо- и теплопереноса) и др.

Ректификационные аппараты по их конструкции могут быть разделены на следующие основные группы [6]:

Размещено на http://www.allbest.ru/

33

1.1 Аппараты тарелочного типа

Аппараты тарелочного типа получили наибольшее распространение на производствах. Распространены ситчатые тарелки, колпачковые тарелки, провальные решетчатые тарелки, чешуйчатые тарелки.

Существенный недостаток ситчатых тарелок в том, что жидкость на них удерживается только за счет давления пара



Рисунок 1 - Ситчатые тарелки

Поэтому при падении давления в колонне жидкость проваливается через отверстия тарелок. Основным достоинством ситчатых тарелок является простота их конструкции.

Колпачковые тарелки имеют различные устройства. Основные типы представлены на рисунке.

Рисунок 2 - Одноколпачковая тарелка

Рисунок 3 - Тарелка двойного кипячения



Рисунок 4 - Многоколпачковая тарелка

На рисунках 2 и 3 показаны тарелки, обычно применяемы для перегонки жидкостей, содержащих взвешенныё частицы. Тарелка, изображенная на рисунке 3 отличается тем, что в ней пар барботируется в жидкость с двух сторон: из-под краев колпака и из-под краев воротника. Поэтому жидкость, текущая по узкому кольцевому проходу, вступает в. тесный контакт с паром. Такая тарелка называется тарелкой двойного кипячения. Сливные стаканы, изображенные на рисунках 2 и 3 выполняются овального или круглого сечения.

На рисунке 4 изображена многоколпачковая тарелка со сливными перегородками. Благодаря большому периметру барботажа такая тарелка работает более эффективно, чем одноколпачковые тарелки. Сливные перегородки создают условия для равномерного распределения флегмы на тарелке. Для лучшего диспергирования пара колпачки имеют зубчатые края.

Недостатком тарелок со сливными стаканами являются неодинаковые уровни жидкости на тарелке, так как при течении жидкости на тарелке уровень снижается. Поэтому пар прорывается там, где уровень ниже, и тарелка работает неравномерно.

Получившие распространение за последние годы провальные тарелки лишены этого недостатка. Эти тарелки не имеют сливных стаканов, и жидкая фаза стекает в них через те же отверстия, через которые барботирует пар. Провальные тарелки имеют различное устройство. На рисунке 5 представлена провальная тарелка решетчатого типа. В этой тарелке отверстия имеют прямоугольное сечение. Устраивают также провальные тарелки с круглыми отверстиями.

Рисунок 5 - Провальная решетчатая тарелка

а) 1-сливной стакан; 2- приемное устройство; 3- чешуйки. чешуйка арочного типа; в) чешуйка пластинчатого типа

Рисунок 6 - Чешуйчатая тарелка

Для чистых жидкостей ширина щелей 3 - 4 мм. Рас стояние между тарелками 300 -600 мм.

Провальные тарелки могут работать и с жидкостями, содержащими взвешенные твердые частицы, В этом случае щели должны иметь большую ширину.

Провальные тарелки имеют при одинаковом диаметре большую производительность, чем тарелки со сливными стаканами. Основной их недостаток заключается в том, что они не допускают широкого изменения нагрузки колонны и могут эффективно работать только при некоторой определенной скорости пара

Из других типов тарелок используются тарелки с направленным движением жидкости и пара. В этих тарелках пар направляется в сторону движения жидкости и способствует уменьшению падения уровня жидкости на тарелке.

На рисунке 6 представлена чешуйчатая тарелка. В этой тарелке пар поступает через отверстия, имеющие форму чешуек. Тарелки этого типа имеют высокую производительность и очень просты по устройству.

1.2 Ректификационные аппараты с колоннами

В современных аппаратах кубы, использованные в старых многокубовых аппаратах, заменены тарелками, расположенными одна над другой по вертикали.

На рисунке 7 показаны схемы аппаратов с тарелками периодического (а) и непрерывного (б) действия. Кубовой аппарат периодического действия состоит из основного куба 1, колонны с тарелками 2, дефлегматора 3 и холодильника 4. На схеме показаны простейшие тарелки ситчатого типа. Пар поднимается из куба, проходит через отверстия сит до верха колонны и поступает в дефлегматор. Образующаяся флегма стекает обратно на верхнюю тарелку. Затем, проходя по тарелкам, флегма сливается через сливные стаканы, опускаясь в куб.

Каждая тарелка, таким образом, играет роль куба многокубового аппарата. Описываемый аппарат работает периодически.

Куб заполняют жидкой смесью, которая по мере перегонки освобождается от нижекипящего компонента. Для повышения температуры до кипения служит змеевик, обогреваемый паром.



а) аппарат периодического действия; б) аппарат непрерывного действия

Рисунок 7 - Аппараты с колоннами

Цикл работы этого аппарата состоит из тех же операций, что и цикл работы куба для простой перегонки, но благодаря колонне получаемый дистиллят имеет большую крепость.

На втором рисунке (7_б) представлен аппарат непрерывного действия. Смесь, подвергаемая перегонке, подается в середину колонны. Часть колонны, находящаяся выше места поступления этой смеси, играет ту же роль, что и колонна аппарата периодического действия. Эта часть называется укрепляющей колонной.

Нижняя часть колонны предназначена для истощения смеси, стекающей из укрепляющей части колонны. Эта часть колонны называется истощающей. В аппарате непрерывного действия поступление смеси, отвод остатка и дистиллята осуществляется непрерывно. Греющий пар может быть как закрытым, так и открытым.

Наряду с тарелочными ректификационными колоннами на пищевых производствах применяют и насадочные колонны.



Рисунок 8 - Кубовый аппарат с насадочной колонной	Рисунок 9 - Схема насадочной колонны, работающей в режиме эмульгирования

В них контакт между паром и жидкостью обеспечивается насадкой. На рисунке 8 изображена схема насадочной колонны периодического действия. Насадка омывается флегмой, распределяемой при помощи форсунки того или другого вида. На рисунке 9 показана схема колонны истощения, приспособленной для работы в режиме эмульгирования. В этой колонне сток жидкости в нижнюю часть колонны затруднен тем, что на решетке помещен слой мелких цилиндрических колец и жидкость отходит по U-образной трубе, высота которой определяет статический уровень жидкости в колонне.

1.3 Описание схемы ректификационной установки

Процесс ректификации осуществляется в ректификационной установке, основным аппаратом которой является колонна, в которой пары перегоняемой жидкости поднимаются снизу, а навстречу парам стекает жидкость, подаваемая в виде флегмы в верхнюю часть аппарата.

Процесс ректификации по заданию протекает при атмосферном давлении. Как правило, атмосферное давление принимают при разделении смесей, имеющих температуру кипения от 30 до 150 ⁰С [1]. Степень разделения смеси жидкостей и чистота дистиллята и кубового остатка зависят от того, насколько развита поверхность контакта фаз, от количества подаваемой на орошение флегмы и устройства колонны.

Преимущественное использование тарельчатого аппарата в процессах перегонки объясняется их значительно большей производительностью по сравнению с насадочными.

1 - емкость для исходной смеси; 2, 9 - насосы; 3 - теплообменник- подогреватель; 4 - кипятильник; 5 - ректификационная колонна; 6 - дефлегматор; 7 - холодильник дистиллята; 8 - емкость для сбора дистиллята; 10 - холодильник кубовой жидкости; 11 - емкость для кубовой жидкости.

Рисунок 10 - Принципиальная схема ректификационной установки [2]

Тарельчатые колонны очень малого диаметра значительно дороже соответствующих насадочных колонн, однако по мере увеличения диаметра стоимость насадочных колонн возрастает значительно быстрее и, в этом случае, тарельчатые колонны становятся экономичнее.

Наиболее распространены колпачковые тарельчатые колонны. Колпачковые тарелки предназначены для процессов, протекающих, преимущественно при атмосферном и повышенном давлении. Диапазон устойчивой работы тарелок - 4,5.

Схема ректификационной установки представлена на рисунке 8.

Исходная смесь из промежуточной емкости 1 центробежным насосом 2 подается в теплообменник 3, где подогревается до температуры кипения. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну 5 на тарелку питания, где состав жидкости равен составу исходной смеси - Х_F. Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике 4. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка - X_W т. е. обеднен легколетучим компонентом. В результате массообмена с жидкостью пар обогащается легколетучим компонентом. Для более полного обогащения верхнюю часть колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом жидкостью (флегмой) состава Хр, которая получается в дефлегматоре 6 путем конденсации пара, выходящего из колонны. Часть конденсата выводятся из дефлегматора в виде готового продукта разделения - дистиллята, который охлаждается в теплообменнике 7, и направляется в промежуточную емкость 8.

Из кубовой части колонны насосом 9 непрерывно выводится кубовая жидкость - продукт, обогащенный труднолетучим компонентом, который охлаждается в теплообменнике 10 и направляется в емкость 11.

Таким образом, в ректификационной колонне осуществляется непрерывный неравновесный процесс разделения исходной бинарной смеси на дистиллят с высоким содержанием легко летучего компонента и кубовой остаток, обогащенный труднолетучим компонентом.

2. Материальный баланс колонны

Производительность колонны по дистиллятору и кубовому остатку определяем из уравнений материального баланса колонны:

или

Решая уравнения находим,

Для дальнейших расчетов необходимо концентрации исходной смеси, дистиллята и кубового остатка выразить в мольных долях:

где 46; 18 - соответственно молекулярные массы этилового спирта и воды, .

Аналогично найдем:

Дистиллят: Кубовый остаток: .

Относительный мольный расход :

На основании справочных данных о температурах кипения, равновесных составах жидкости и пара при для рассматриваемой бинарной смеси строим кривые температур кипения смеси и кривую равновесия в координатах . Для использования диаграммы кривых равновесия в координатах принимаем допущения, что, смесь следует закону Рауля. Давления насыщенного пара в зависимости от температуры приведены в таблице 1.

Таблица 1

t, оС	78,3	79,8	80,2	82,1	86,2	89,8	93,1	96,1	100
Р, мм.рт.ст.	332,5	353	358	391	460,7	522,1	598,2	668,5	760

Для С₂Н₅ОН имеются две точки: температура кипения при давлении 760 мм.рт.ст, равная 78,3 ^оС, и температура 20 ^оС при давлении насыщенного пара равном 44 мм.рт.ст.

Для нахождения давления насыщенного пара С₂Н₅ОН при других температурах воспользуемся правилом линейности. Вычислим постоянную «К» для С₂Н₅ОН и воды, взятой в качестве стандартной жидкости: К = (78,3 - 20)/(100-36) = 0,91, где 36 ^оС - температура насыщенного водяного пара при давлении 44 мм.рт.ст.

Температуры кипения С₂Н₅ОН при разных давлениях могут быть определены из уравнения:

78,3 - t = 0,91 (100 - ),

Откуда ,

t - температура кипения воды при том же давлении, ^оС

Таблица 2

Р, мм.рт.ст.	332,5	353	358	391	460,7	522,1	598,2	668,5	760
t, оС	78,3	79,8	80,2	82,1	86,2	89,8	93,1	96,1	100
	58,6	60,0	60,4	62,1	65,8	69,1	72,1	74,8	78,4

Расчетные значения параметров кривой равновесия х-у занесены в таблицу 3.

Таблица 3

Температуры в интервале между температурами кипения компонентов	Рн.к.., мм.рт.ст.	Рв.к. мм.рт.ст.
78,3	760	332,5	(760-332,5)/ (760-332,5) = 1	760*1/760= 1
79,8	808	353	(760-353)/ (808-353) = 0,895	808*0,89/760= 0,951
80,2	821	358	0,868	0,938
82,1	882	391	0,752	0,872
86,2	1029	461	0,527	0,713
89,8	1176	522	0,364	0,563
93,1	1323	598	0,223	0,389
96,1	1470	669	0,114	0,221
100	1729	760	0	0

2.1 Определение рабочего флегмового числа

На диаграмме кривой равновесия наносят точку В с координатами и точку А с координатами , а на кривой равновесия точку с абсциссой . Из точки А через точку проводят прямую до пересечения с ординатой диаграммы.

На оси ординат отсекается отрезок, равный .

Так как

То 2,793

Минимальное флегмовое число можно определить по формуле:

2,615

где - мольная доля этилового спирта в паре, равновесном с жидкостью питания, определенная по диаграмме у*-х.

В соответствии с рекомендациями

R = (1,2…2,5) Rmin

принимаем коэффициент избытка флегмы .

Рабочее флегмовое число:

.

2.2 Определение числа ступеней

Число ступеней изменения концентрации определим графическим путем пользуясь диаграммой у-х.

Строим рабочую линию по уравнению:

Уравнение рабочей линии для верхней части колонны принимает вид:

или окончательно

у_в = 0,758х + 0,202

Для нижней части колонны

=1,72Х + 0,002

Окончательно, у_н = 1,72Х + 0,002

На оси абсцисс наносим состав кубового остатка , исходной смеси и дистиллята . Из точек и проводим вертикальные прямые до пересечения с диагональю (точки В и А). Проводим прямую через точки D и А. Из точки проводим вертикальную прямую до пересечения с прямой DА (точка С). Соединим точку В с точкой С. Отрезок - линия рабочих концентраций исчерпывающей части колонны.

Отрезок - линия рабочих концентраций укрепляющей части колонны.

Отрезок равен

b = x_P/(R+1) или 0,835 = 3,14 + 1. Или b = 0,202.

Для графического определения числа ступеней изменения концентрации проводим построение между равновесной и рабочей линиями в пределах концентраций от до .

Как видно из этого рисунка, в верхней (укрепляющей) части колонны получается 7 ступеней, в нижней (исчерпывающей) части - 8 ступеней.

Принимаем [2]. Тогда в верхней части колонны будет тарелок, в нижней тарелки, т.е. всего в колонне 25 тарелок.

Питание необходимо подавать на двадцать третью тарелку снизу.

Принимаем колпачковые тарелки по ОСТ 26-01-66-81 исполнения I, с высотой прорези колпачка 20 мм, расстоянием h_Д = 15 мм, из стали 08Х13. Обозначение

Тарелка I -20-15-08Х13 ОСТ 26-01-66-81 [1]

Принимаем расстояние между тарелками Н равным 300мм. Тогда высота тарельчатой части колонны Н_Т составит:

где n - общее число тарелок в колонне.

Принимая расстояние от верхней тарелки до крышки колонны h₁ = 2420 мм и от нижней тарелки до днища h₂ = 3000 мм, определим высоту колонны:

3. Технологический расчет

3.1 Определение объемов пара и жидкости, проходящих через колонну

Предварительно определим мольные массы жидкостей и паров, средние мольные и массовые концентрации жидкостей и паров в колонне.

Средний мольный состав жидкости: в верхней части колонны

в нижней части колонны

Мольная масса

дистиллята

исходной смеси

кубового остатка

Средние концентрации пара находим по уравнениям рабочей линии

В верхней части колонны

= 0,758 + 0,2016 = = 0,598

в нижней части колонны

= 1,72+0,002 = = 0,186

Средние температуры определяем по диаграмме температур:

при = 0,598 = 89 ⁰C;

При = 0,186 = 95 ⁰C

Средние мольные массы и плотности пара

= 46·0,598 + 18 · 0,395 =34,64 кг/кмоль

= 1,16 кг/м³

= 46·0,186 + 18 · 0,758 = 22,22 кг/кмоль

= 0,736 кг/м³

Средняя плотность пара в колонне

кг/м³

Массовый поток пара:

в верхней части колонны

2,09 кг/с

в нижней части колонны

1,34 кг/с

Для определения температур кипения по диаграмме температур кипения на оси абсцисс наносим состав

- кубового остатка х_w = 0,0028;

-исходной смеси = 0,2117;

- дистиллята х_р = 0,8345.

Из полученных точек проводим вертикальные прямые до пересечения с кривой температур кипения (соответственно точки Б, Ж, И). Из этих точек проводим горизонтальные прямые до пересечения с осью ординат.

Температуры кипения в соответствующих точках пересечения имеют следующие значения: для кубового остатка =99,5 ⁰С, для исходной смеси = 93 ⁰С, для дистиллята = 80,2 ⁰С.

Таким образом, определяем, что температура в верху колонны при х_р = 0,8345 равняется 80,2 ⁰С, а в кубе -испарителе при х_w = 0,0028 она равна 99,5 ⁰С. Плотность жидкого этилового спирта при 80,2 ⁰С = 864 кг/м³, а плотность воды при 99,5 ⁰С = 956 кг/м³

Принимаем среднюю плотность жидкости в колонне

= (864 + 956)/2 = 910 кг/м³

3.2 Расчет скорости пара и диаметра колонны

Диаметр колонны определяется в зависимости от скорости и количества поднимающихся по колонне газов (паров). Диаметр колонны определится по формуле [1].

D_к =

- количество продукта

- рабочая скорость

Предельно допустимая скорость паров в колонне с колпачковыми тарелками находится по формуле VI.35 [2].

Для верхней и нижней части колонны предельная скорость пара равна:

1,377 м/с

- диаметр колпачка в м (0,08 м);

- расстояние между тарелками, см;

- высота колпачка, м (0,02 м).

В соответствии с рекомендациями рабочую скорость жидкости и паров в колонне определяем по формуле

м/с

Тогда, ориентировочный диаметр колонны:

Диаметр верхней части

1,396 м

Диаметр нижней части

1,41 м

Тогда,

= (1,396 + 1,41)/2 = 1,403 м

По каталогу принимаем колонну с диаметром в верхней и нижней части, равным Д_к = 1400 мм.

4. Расчет кипятильника

Для двухкомпонентных растворов удельная теплоемкость определится

С= с₁*х + с₂*х …..

Теплоемкость исходной смеси, дистиллята и кубового остатка для концентрированных растворов [1]

С = с₁*х + 4190*(1 - х),

где х - массовая доля растворенного вещества.

Ср = 3090*0,8345 + 4190 (1 - 0,8345) = 3272 Дж/(кг*К)

Cw = 3400*0,0028 + 4190 (1 - 0,0028) = 4187 Дж/(кг*К)

C_F = 3300*0,2117 + 4190 (1 - 0,2117) = 4001 Дж/(кг*К)

Теплота парообразования флегмы при температуре 79,2 ⁰С.

= 1143,6*0,8345+2310,1*(1-0,8345) = 1336,6 кДж/кг

= 1143,6 кДж/кг - удельная теплота парообразования спирта при температуре 79,2 ⁰С

= 2310,1 кДж/кг - удельная теплота парообразования водяного пара.

Энтальпия пара, выходящего из колонны

Iп = 1336,6*10³ + 2310,1*79,2 = 1519577,91 Дж/кг

Потери теплоты можно принять равными 3% от расхода в кубе. Тогда, расход теплоты в кубе колонны с учетом тепловых потерь составит

Q = W*(c_w *t_w - c_F *t_F) + P*R*r_ф + P*(i_п - c_F *t_F) + Qпот

Без учета потерь

Q = 0,786*(4187,8*99,5 - 40001,5*93) + 0,603*3,14*1336,6 + 0,603*(1519577,91 - 4001 *93) = 2891789,4 Вт

Потери

Qпот = 2891789,4*0,03 = 86753,68 Вт

Тогда, общий расход теплоты составит

2891789,4 + 86753,68 = 2978543,1 Вт

Расход греющего пара в кубе колонны

Gг.п. = 1,46 кг/с

Расход воды:

- в дефлегматоре

кг/с

- в холодильнике дистиллята

- в холодильнике кубового остатка

Общий расход воды составит

Gв = 39,8 + 1,16 + 2,73 = 43,699 кг/с или 0,0437 м³/с

Ориентировочное значение требуемой поверхности теплопередачи определяем по формуле:

где ориентировочное значение коэффициента теплоотдачи [2];

средняя разность температур .

Из таблицы 11.4 [2] выбираем кожухотрубчатый испаритель: диаметр кожуха - 800 мм, диаметр труб - 25 Ч 2 мм, число ходов - 1, общее число труб - 465, длина труб - 4м, поверхность теплообмена 146 м².

5. Расчет и выбор насоса для выдачи исходной смеси на установку

5.1 Определение диаметра трубопровода

ректификация колонна кипятильник насос

Принимаем длину трубопровода L_T равной 30 м по рекомендации [4]м;

Н_r - геометрическая высота подъема смеси из хранилища до тарелки питания, определяется следующим образом:

Н_r = Н_п + Н_кн + h(n_н - 1)

Н_п - высота подставки, на которую устанавливают колонну. Принимаем равной 1,2 м.

Н_кн - высота нижней (кубовой) камеры.

Н_кн = 1·D_н = 1·1,4= 1,4 м

Где D_н - диаметр аппарата.

- расстояние между тарелками, м, = 0,3 м.

n_н - число тарелок в нижней части колонны - 13 тарелок.

Н_r = 1,2 + 1,4 + 0,3 (13-1) = 6,2 м

Внутренний диаметр трубопровода круглого сечения определяется по формуле:

,

или

Принимаем трубопровод из хромоникелевой стали марки Х18Н10Т, диаметром 220х2 мм.

5.2 Определение потерь

Критерий Рейнольдса

т.е. режим турбулентный.

Принимаем абсолютную шероховатость труб . Относительная шероховатость е/d= 0,2/220 =0,00090909.

По рисунку 1-3 [3] находим значение коэффициента трения = 0,019.

Определяем сумму коэффициентов местных сопротивлений отдельно для каждой линии.

1) для всасывающей линии

- Вход в трубу (с острыми краями):

- нормальный вентиль - 0,25

- отводы: к-т А=1, В=0,09;

Тогда, 0,5 + 2*0,81 + 4*0,09= 2,48

2) для нагнетательной линии

3) - выход из трубы = 1;

4) - нормальный вентиль =5

5) дроссельная заслонка =0,9 при 15⁰;

6) колено под углом 90 ⁰ =1,6.

Следовательно,

5.3 Потери напора

Потери напора можно определить по формуле 3.6 [5].



Тогда, на всасывающей линии

0,21 м

в нагнетательной линии

1,68 м

Общие потери напора

1,89м

5.4 Выбор насоса

По формуле 3.12 [5] определяем полный напор, развиваемый насосом:

давление в аппарате, из которого перекачивается жидкость;

- давление в аппарате, в который подается жидкость;

- геометрическая высота подъема жидкости;

19,6 м

Полезная мощность насоса

При подаче Q = 0,0437 м³/с

7646 Вт или 7,6 кВт

Принимая к.п.д. для насосов малой и средней производительности 0,86 найдем мощность на валу двигателя:

кВт

С учетом коэффициента запаса мощности двигатель может иметь мощность

Устанавливаем центробежный насос марки К 160/30 со следующей характеристикой: производительность 160 м³/ч; напор - 30 м. (таблица 3.1 [1])

Насос снабжен электродвигателем 4А160М4 номинальной мощностью 15,0 кВт, с частотой вращения вала 1450 об/мин (24,2 с^-1).

5.5 Предельная высота всасывания

Для центробежных насосов запас напора, необходимый для исключения кавитации, рассчитывают по формуле

Предельная высота всасывания насоса по формуле 3.17 там же:

где - атмосферное давление;

- давление насыщенного пара перекачиваемой жидкости при рабочей температуре; при 20 ⁰С = 2,38*10³ Па

- скорость жидкости во всасывающем трубопроводе;

- потеря напора во всасывающем трубопроводе;

- запас напора, необходимый для исключения кавитации в центробежных насосах.

10,2 м

Таким образом, центробежный насос может быть расположен над уровнем раствора в емкости на высоте менее 10,2 м.

Список использованной литературы

1. Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии: Учебник для техникумов.- Л.: Химия, 1991.- 352 с.

2. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию /Под ред. Ю.И. Дытнерского. - М.: Химия, 1983.-272 с.

3. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии.- М., Л.: Химия, 1964.- 634 с.

4. Ректификационная установка непрерывного действия: методические указания к расчету курсового проекта /сост. О.А. Кокушкин, А.О. Никифоров, М.В. Завьялов; СПбГТУРП. СПб., 2007.- 30 с.

5. Романков П.Г., Курочкин. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической промышленности.- Л.: Химия, 1984.- 232 с.

6. Стабников В.Н., Попов В.Д., Лысянский В.М., Редько Ф.А. Процессы и аппараты пищевых производств.- М.: Пищевая промышленность, 1976.- 663с.

Размещено на Allbest.ru