Расчет кипятильника ректификационной установки

Расчет и подбор кипятильник ректификационной установки и его тепловой изоляции. Особенности процесса ректификации, описание его технологической схемы. Схема конструкции аппарата. Выбор оптимального испарителя, расчет толщины его тепловой изоляции.

Рубрика Производство и технологии
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 04.01.2014
Размер файла 409,8 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

"Нижегородский государственный технический институт им. Р.Е. Алексеева"

Дзержинский политехнический институт (филиал)

Кафедра "Процессы и аппараты химических и пищевых производств"

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине

"ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ПРОИЗВОДСТВА"

Расчет кипятильника ректификационной установки

Выполнил Раскина А.Д.

Проверил Сажина Е.Н.

ДЗЕРЖИНСК 2013

Содержание

  • Введение
  • 1. Описание технологической схемы
  • 2. Описание конструкции аппарата
  • 3. Технологический расчет
  • 3.1 Цель расчета
  • 3.2 Выбор конструкции аппарата
  • 3.2.1 Исходные данные для расчета
  • 3.2.2 Предварительный расчет
  • 3.2.3 Выбор оптимального испарителя
  • 3.2.4 Расчет тепловой изоляции испарителя
  • Заключение
  • Литература
  • Приложение 1

Введение

Ректификация - массообменный процесс разделения однородной смеси летучих компонентов, осуществляемый путем противоточного взаимодействия паров, образующихся при перегонке, с жидкостью, образующейся при конденсации этих паров.

Разделение жидкости смеси основано на различной летучести веществ. При ректификации исходная смесь делится на две части: дистиллят - смесь, обогащенную низкокипящим компонентом, и кубовый остаток - смесь, обогащенную высококипящим компонентом.

Процесс ректификации может протекать при атмосферном давлении, а также при давлениях выше и ниже атмосферного. Под вакуумом ректификацию проводят, когда разделению подлежат жидкие высококипящие смеси. Повышенное давление применяют для разделения смесей находящихся в газообразном состоянии при более низком давлении. Атмосферное давление применяют при разделении смесей, имеющих температуру кипения от 30 до 150°С.

Степень разделения смеси жидкости на составляющие компоненты и чистота получаемых дистиллята и кубового остатка зависят от того, насколько развита поверхность контакта фаз, от количества подаваемой на орошение флегмы и устройства ректификационной колонны.

Целью курсовой работы является рассчитать и подобрать кипятильник ректификационной установки, рассчитать тепловую изоляцию кипятильника.

1. Описание технологической схемы

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.

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, т.е. обеднен легколетучими 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), которая получается в дефлегматоре 6 путем конденсации пара, выходящего из колонны. Часть конденсата выводится 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 промежуточную емкость 11.

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

Схеме представлена в Приложении 1.

2. Описание конструкции аппарата

Данный аппарат является кожухотрубчатым испарителем в соответствие с ГОСТ 15119-79. В кожухотрубчатых испарителях в трубном пространстве кипит жидкость, а в межтрубном пространстве может быть жидкий, газообразный, парообразный, парогазовый или парожидкостной теплоноситель.

Изображение конструкции приведено в Приложении 2.

3. Технологический расчет

3.1 Цель расчета

Рассчитать и подобрать нормализованную конструкцию кипятильника куба колонны.

Рассчитать тепловую изоляцию для кипятильника К

Подобрать ориентировочно холодильник кубового остатка X.

3.2 Выбор конструкции аппарата

3.2.1 Исходные данные для расчета

Для высоко кипящего компонента:

t2 = 61,2°С - температура кипения хлороформа [2, табл. XLIV];

r2= 1530 кг/м3 - плотность [2, табл. IV];

m2 = 0,00039 Па*с - динамический коэффициент вязкости [2, табл. IX];

s 2= 0,0217 Н/м - поверхностное натяжение [2, табл. XXIV];

c2 = 2450 Дж/ (кг*К) - удельная теплоемкость [2, рис. XI];

r2 = 247600 Дж/кг - удельная теплота парообразования [2, табл. XLV].

кг/м3,

где с - плотность паров при атмосферном давлении, М - молярная масса хлороформа, Тк - температура кипения хлороформа.

кг/м3.

Для греющего пара:

В качестве теплоносителя используется насыщенный водяной пар давлением 0.1 МПа.

r1 = 2264000 Дж/кг - уд. массовая теплота конденсации [2, табл. LVII];

t1 = 99,1 °С - температура конденсации [2, табл. LVII];

r1 = 958 кг/м3 - плотность конденсата [2, табл. ХХХIХ];

m1 = 0,000282Па*с - динамическая вязкость конденсата [2, табл. XXIX];

l1= 0,0919Вт / (м*К) - коэффициент теплопроводности [2, табл. XXXIX]

3.2.2 Предварительный расчет

Для определения коэффициента теплоотдачи от пара, конденсирующегося на наружной поверхности труб высотой Н, используем формулу:

,

где

-теплопроводность насыщенного водяного пара, Вт/ (мК);

r1 - плотность конденсата, кг/м3;

- ускорение свободного падения, м/с2;

r1 - удельная массовая теплота конденсации, Дж/кг;

m1 - динамическая вязкость конденсата, Па*с;

H - высота труб аппарата, м;

- удельная тепловая нагрузка, Вт/м2.

Коэффициент теплоотдачи к кипящей в трубах жидкости определяем по формуле:

где - теплопроводность заданной жидкости, Вт/ (мК);

r2 - плотность заданной жидкости, кг/м3;

rn - плотность паров над кипящей жидкостью, кг/м3;

rn0 - плотность паров при атмосферном давлении, кг/м3

- поверхностное натяжение кипящей жидкости, н/м;

r2 - удельная массовая теплота конденсации кипящей жидкости, Дж/кг;

c2 - удельная теплоёмкость кипящей жидкости, Дж/ (кг*К);

m1 - динамическая вязкость кипящей жидкости, Па*с.

Из основного уравнения теплопередачи и уравнения аддитивности термических сопротивлений следует, что:

Подставляя сюда б1 и б2, получаем уравнение относительно неизвестного удельного теплового остатка:

где

- средняя разность температур, єС.

Решив это уравнение относительно q, находим требуемую поверхность:

Определяем тепловую нагрузку аппарата:

Средняя разность температур:

Величина поверхности теплообмена по общему уравнению теплопередачи:

В соответствие с таблицей II.1 [1] принимаем значение коэффициента теплопередачи Кор=1400 Вт/ (м2). Тогда ориентировочное значение требуемой поверхности составит:

В соответствии с таблицей II.6 [1], поверхность близкую к ориентировочной, могут иметь испарители высотой труб H= 3,0 м и диаметром кожуха D = 0,6 м, и Н=4,0 м, D=0,6 м.

Рассмотрим теплообменник с высотой труб Н = 3,0 м, диаметром кожуха D = 0,6 м, поверхностью теплопередачи F = 70 м2, dH = 25x2мм.

В качестве первого приближения примем ориентировочное значение удельной тепловой нагрузки:

кипятильник ректификационная установка изоляция

.

Для определения f (q1) необходимо посчитать коэффициенты А и В:

Толщина труб 2,0 мм, материал - нержавеющая сталь; lст. = 17,5 Вт/ (м*К).

,

Тогда:

.

Примем второе значение q2=65000 Вт/м2:

Третье, уточнённое, значение q3 определим в точке пересечения с осью абсцисс хорды, проведённой из точки 1 (; - 4,45) в точку 2 (65000; +0,938) сечения осью абсцисс хорды, проведённой из точки 1 для зависимости f (q) от q:

.

Такую точность определения корня уравнения можно считать достаточной, и q=63068,43 Вт/м2 можно считать истинной удельной тепловой нагрузкой. Тогда требуемая поверхность составит:

м2

В выбранном теплообменнике запас поверхности:

.

Масса аппарата M1 = 1980 кг.

Рассмотрим теплообменник с высотой труб Н = 4,0 м, диаметром кожуха D = 0,6 м, поверхностью теплопередачи F = 75 м2, dH = 25x2мм.

Уточним для этого варианта значение коэффициента А:

Пусть:

.

Тогда:

.

Пусть q2=59000 Вт/м 2.

Тогда:

Третье, уточнённое, значение q3 определим в точке пересечения с осью абсцисс хорды, проведённой из точки 1 (50311,11; - 4,40) в точку 2 (59000; 0,27) сечения осью абсцисс хорды, проведённой из точки 1 для зависимости f (q) от q:

.

Получим:

Такую точность определения корня уравнения можно считать достаточной и q=58497,64 Вт/м2 можно считать истинной удельной тепловой нагрузкой.

Тогда требуемая поверхность составит:

В выбранном теплообменнике запас поверхности:

Масса данного аппарата М2 = 2410 кг.

3.2.3 Выбор оптимального испарителя

Выбранный испаритель является кожухотрубчатым по ГОСТ 15149-79 с размерами:

D = 600 мм - диаметр кожуха;

dH = 20X2 мм - диаметр труб;

H = 3 м - длина труб;

z = 1 - количество ходов;

п = 240 - количество труб;

F = 70 м2 - поверхность теплообмена.

3.2.4 Расчет тепловой изоляции испарителя

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

где tст2 - температура изоляции окружающей среды (tст2 = 350C);

tст1 - температура изоляции со стороны аппарата (tст1 = tгп= 99,10С);

tв - температура окружающей среды (воздуха) (tв = 200С);

лu - коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/ (м*К).

aв=9.3+0.058Чtст2=9.3+0.058Ч35=11,33Вт/ (м2)

Выберем в качестве материала для тепловой изоляции асбест: ?u = 0,151 Вт/ (м*К).

Тогда толщина тепловой изоляции:

Принимаем толщину тепловой изоляции 0,056 м.

Заключение

В данной работе подобрана нормализованная конструкция кипятильника куба колонны, рассчитана поверхность теплообмена кипятильника, была подобрана тепловая изоляция кипятильника, составлена схема ректификационной установки.

Литература

1. "Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию", Дытнерский Ю.И., М.: Химия, 1983.

2. "Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов", П.Г. Романков. Л.: Химия, 1987.

3. "Основные процессы и аппараты химической технологии", Касаткин А. Г.,: Химия, 1971.

Приложение 1

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Материальный баланс процесса ректификации. Расчет флегмового числа, скорость пара и диаметр колонны. Тепловой расчет ректификационной колонны. Расчет оборудования: кипятильник, дефлегматор, холодильники, подогреватель. Расчет диаметра трубопроводов.

    курсовая работа [161,5 K], добавлен 02.07.2011

  • Технологическая схема ректификационной установки. Материальный баланс, расчет флегмового числа. Определение средних концентраций, скорости пара и высоты колонны. Гидравлический и тепловой расчет. Параметры вспомогательного оборудования для ректификации.

    курсовая работа [887,3 K], добавлен 20.11.2013

  • Расчет и проектирование ректификационной установки для разделения смеси ацетон-бензол. Подбор вспомогательного оборудования: подогреватель сырья, дефлегматор и кипятильник, сырьевой насос. Расчет штуцеров для ввода сырья в колонну и отвода жидкости.

    курсовая работа [1,6 M], добавлен 22.11.2013

  • Технологические основы процесса ректификации, его этапы и принципы. Определение минимального числа тарелок, флегмового числа и диаметра колонны. Тепловой и конструктивно-механический расчет установки. Расчет тепловой изоляции. Автоматизация процесса.

    курсовая работа [300,4 K], добавлен 16.12.2015

  • Материальный баланс колонны ректификационной установки. Построение диаграммы фазового равновесия. Число теоретических тарелок колонны, расход пара и флегмы в колонне. Внутренние материальные потоки. Расчет площади поверхности кипятильника и дефлегматора.

    курсовая работа [1,3 M], добавлен 11.05.2015

  • Технологическая схема теплообменной установки. Схема движения теплоносителей. Конструктивные характеристики теплообменника, его тепловой, гидравлический, механический расчет. Оценка тепловой изоляции. Расчет и выбор вспомогательного оборудования.

    курсовая работа [591,2 K], добавлен 10.04.2017

  • Технологическая схема тарельчатой ситчатой ректификационной колонны. Свойства рабочих сред. Материальный баланс, определение рабочего флегмового числа. Расчет гидравлического сопротивления насадки. Тепловой расчет установки, холодильника дистиллята.

    курсовая работа [1,4 M], добавлен 25.09.2014

  • Принципиальная технологическая схема сушильной установки. Построение рабочей линии процесса сушки. Расчет газовой горелки, бункера-питателя, ленточного и винтового транспортера, шлюзового дозатора, вентилятора дымососа. Расчет тепловой изоляции установки.

    курсовая работа [1,9 M], добавлен 13.01.2015

  • Особенности проектирования установки для непрерывной ректификации бинарной смеси метиловый спирт–вода с производительностью 12 т/ч по исходной смеси. Описание технологической схемы процесса, составление материального баланса, тепловой расчет дефлегматора.

    курсовая работа [30,7 K], добавлен 17.05.2014

  • Пересчет массовых концентраций компонентов в мольные. Выбор ориентировочной поверхности аппарата и конструкции. Определение тепловой нагрузки и расхода горячей воды. Расчет коэффициента теплопередачи, гидравлического сопротивления для выбранного аппарата.

    курсовая работа [581,9 K], добавлен 28.04.2014

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.