Розрахунок ректифікаційної колони

Експлуатація промислових насадкових колон. Фізико–хімічні основи процесу ректифікації. Розрахунок основного обладнання. Матеріальний баланс ректифікаційної колони. Розрахунок та вибір кожухотрубного теплообмінника–холодильника кубового залишку.

Рубрика Производство и технологии
Вид курсовая работа
Язык украинский
Дата добавления 15.11.2015
Размер файла 629,7 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.

– кубового залишку

сw = 3477,7 • 0,016 + 4609 • (1 - 0,016) = 4590,89 Дж/(кг • с);

Теплота пароутворення флегми при t = 78 ? С визначається за формулою:

(5.62)

де - удільна теплота пароутворення етанолу кДж/кг;

- удільна теплота пароутворення води кДж/кг.

Приймаю:

– етанолу - r = 853,5 кДж/кг;

– води - r = 2313,73 кДж/кг [5, табл. ХLV, ст.. 541].

rф = 853500 • 0,927 + 2313730 • (1 - 0,927) = 960096,79 Дж/кг.

Ентальпія пари, що виходить з колони визначається за формулою:

(5.63)

іп = 960096,79 + 3299,17 • 78 = 1217432,05 Дж/кг.

Витрати теплоти в кубі колони з урахуванням теплових витрат визначається за формулою:

Q = Gг.п • (Уг.п. - іR) = W • (cw • tw - cf • tf) + P • Rrф + Р • (іп - cf • tf) + Qвтр.. (5.64)

Q = 1,33 • (4590,89 • 100 - 4209,94 • 84) + 0,67 • 1,59 • 960096,79 + 0,67 • (1217432,05 - 3299,17 • 84) + 0,03 Q

Q = 1848502.

Витрати гріючої пари у кубі колони визначаються за формулою:

Gг.п. = Q/(Іг.п. • ік); (5.65)

Gг.п. = 1848502/(2141 • 103 • 0,927) = 0,93 кг/с.

Приймаю підвищення температури води у холодильнику на 20 ? С, визначаю витрати води у дефлегматорі.

Вони знаходяться за формулою:

G' = P • (R+1) • rp / (cв • ?t); (5.66)

G' = 0,67 • (1,59 +1) • 960096,79/(4190 • 20) = 19,89 кг/с.

Витрати охолоджуваної води у холодильнику дистиляту знаходяться за формулою:

G'' = Р • ср • (tp1 - tp2)/(cв • ?t); (5.67)

G'' = 0,67 • 3299,17 • (78 - 30)/ (4190 • 20) = 1,27 кг/с.

Витрати охолоджуваної води у холодильнику кубового залишку визначається за формулою:

G''' = W • сw • (tw1 - tw2)/(cв • ?t); (5.68)

G''' = 1,33 • 4590,89 • (100 - 30)/( 4190 • 20) = 5,1 кг/с.

Загальні витрати води дорівнюють

Gв = 19,89 + 1,27 + 5,1 = 26,26 кг/с.

Витрати тепла, яке віддається охолоджуючій воді в дефлегматорі визначається за формулою:

(5.69)

Кількість тепла, яке передається з парою вихідній суміші в паровому підігрівачі:

(5.70)

Qк = 1239571,37 + (1,33 • 4590,89 • 100) + (0,67 • 3299,17 • 78 ) - 2 • 4209,94 • 84) = 1315304,474 Вт.

Кількість тепла, що надходить в паровий підігрівач з вихідним розчином:

(5.71)

де tпоч = 120С - початкова температура вихідної суміші.

Кількість тепла, що надходить з вихідною сумішшю в паровий підігрівач визначаю за формулою:

(5.72)

де tкін = 250С - кінцева температура дистиляту.

Кількість тепла, що віддається охолоджуваній воді в дефлегматор:

(5.73)

Кількість тепла, яке передається дистилятом охолоджуючій воді у водяному холодильнику кубового залишку:

(5.74)

Кількість тепла, що передається кубовим залишком воді, що його охолоджує:

(5.75)

Визначаю втрати тепла в навколишнє середовище:

(5.76)

Отримані дані зводжу в таблицю 5.4.

Таблиця 5.4 - Тепловий баланс ректифікаційної колони безперервної дії

Надходження

Витрати

Статті надходження

Вт

%(мас.)

Статті витрат

Вт

%(мас.)

QК

Q1

1315304,474

606231,36

68,45

31,55

QД

Q2

Q3

Qн.с

1239571,37

117153,53

457941,28

106869,65

64,51

6,1

23,83

5,56

Всього

1921535,83

100

Всього

1921535,83

100

5.4 Розрахунок обічайки

Оскільки оектифікаційна колона працює під підвищеним тиском р = 1,2 МПа, тому вона розраховується на механічну міцність.

Розрахунок на механічну міцність зводиться до розрахунку товщини стінки.

Товщину стінки обичайки розраховують за формулою:

(6.1)

де s - товщина обичайки корпусу, мм;

р - тиск в апараті, МПа;

D - діаметр апарату, мм

ц - коефіцієнт міцності зварного шва;

с - прибавка на корозію, мм.

Допустима напруга для легованої сталі 12х18Н10Т при температурі 70 ?С становить:

[у]100 = 221,4 МПа.

Коефіцієнт міцності зварного шва приймаю рівним ц = 1.

Прибавка на корозію с = 2 мм.

У випадку відсутності причин, що можуть виникати підвищення робочого тиску, розрахунковий тиск приймається рівним робочому.

Отже

З конструктивних міркувань приймаю товщину сталі із стандартного ряду 12 мм.

6. РОЗРАХУНОК ДОПОМІЖНОГО ОБЛАДНАННЯ

6.1 Розрахунок та вибір кожухотрубного теплообмінника - холодильника кубового залишку

Необхідно розрахувати та підібрати нормалізований варіант конструкції кожухотрубного теплообмінника для охолодження кубового залишку. Гарячий кубовий залишок у кількості W - 1,33 кг/c охолоджується від температури 81,2 єС до температури 25 єС. Початкова температура холодоагенту 15 єС.

Гарячий кубовий залишок при середній температурі tсер = 53,1 єС має наступні фізико - хімічні характеристики:

- густина с (С2Н5ОН) = 760,21 кг/м3 [3, табл. ІV, ст.512];

- динамічний коефіцієнт в?язкості м (С2Н5ОН) = 0,7 • 10-3 Па • с [3, рис. V];

- коефіцієнт об?ємного розширення в (С2Н5ОН) = 1,16 • 10-3 К-1 [3, табл. ХХХІІІ, с. 532];

- коефіціент теплопровідності л (С2Н5ОН) = 0,15 Вт/м • К [3, рис. Х, с. 561];

- теплоємність С (С2Н5ОН) = 2933 Дж/кг • К.

Холодоагент при середній температурі tсер = 28 єС має наступні фізико - хімічні характеристики:

- густина с (Н2О) = 995,6 кг/м3 [3, табл. ХХХІХ, ст.537];

- динамічний коефіцієнт в?язкості м (Н2О) = 889 • 10-6 Па • с [3, табл. ХХХІХ];

- коефіцієнт об?ємного розширення в (Н2О) = 0,318 • 10-3 К-1 [3, табл. ХХХІІІ, с. 532];

- коефіціент теплопровідності л (Н2О) = 0,515 Вт/м • К [3, рис. Х, с. 561];

- теплоємність С (Н2О) = 4609 кДж/кг • К.

Теплове навантаження визначається за формулою:

, (6.1)

де W - витрати кубового залишку, кг/с;

С1 - теплоємність етанолу, Дж/кг • К;

t1, t2 - температура кубового залишку на вході і виході з холодильника, єС.

Вт.

Витрати холодоагенту розраховються за формулою:

звідси

, (6.2)

де С2 - теплоємність етанолу, Дж/кг • К;

t1, t2 - температура води на вході і виході з холодильника, єС.

кг/с.

Схема руху носіїв у теплообміннику:

81,2 25

40 15

Дtб = 40,2 Дtм = 10

Дtб / Дtм = 40,2/10 = 4,2.

Так як Дtб / Дtм > 2, то середня температура розраховується за формулою:

(6.3)

єС.

Орієнтовна поверхня розраховується за формулою:

, (6.4)

де Кор - орієнтовне значення коефіцієнту теплопередачі, Вт/м2 • К.

Приймаю Кор - для вільного руху 150 Вт/(м2 • К) [1, табл. 2.1, с.47].

м2.

Далі проводжу уточнений розрахунок наступних варіантів:

1К: D: 800 мм; dн = 20Ч2 мм; z = 6; n = 618; Sмтр = 7,0•10-2 м2; Sх = 2,0•10-2 м2

2К: D = 800 мм; dн = 20Ч2 мм; z = 6; n = 618; Sмтр = 7,0•10-2 м2; Sх = 2,0•10-2 м2 [1, табл. 2.3,с.51].

Уточнений розрахунок поверхні теплопередачі

Варіант 1К:

Критерій Рейнольдса розраховується за формулою:

(6.5)

Критерій Прандтля розраховується за формулою:

, (6.6)

де м - динамічний коефіцієнт в?язкості етанолу, Па • с;

л - коефіцієнт теплопровідності етанолу, Вт/м • К.

При Re ? 10000 розраховується критерій Грасгофа за формулою:

, (6.7)

При 250 ? Re ? 10000 і Gr • Pr ? 8 • 105 5 критерій Нусельта розраховується за формулою:

(6.8)

Коефіцієнт тепловіддачі розраховується за формулою:

(6.9)

Вт/м2 • К

Площа перерізу потоку в міжтрубному просторі між перегородками

Sмтр = 0,48 м2.

Теплопровідність нержавіючої сталі [3, с.529] приймаємо лст. = 17,5 Вт/м2 • К.

Коефіцієнт теплопередачі знаходиться за формулою:

, (6.10)

де д - товщина стінки, мм.

Вт/м2 • К.

Площа теплопередачі знаходиться за формулою:

;

м2

Обираю теплообмінник площею 113 м2. Запас поверхні при цьому становить:

Розрахунок гідравлічного опору

Швидкість руху теплоносія в трубах розраховується за формулою:

, (6.11)

де - витрати кубового залишку, кг/с;

S - площа перетину одного ходу по трубам, м2;

с - густина кубового залишку, кг/м3.

м/с

Коефіцієнт тертя розраховується за формулою:

, (6.12)

де е = Д/ d - відносна шорохуватість труб;

Д - висота виступів шорохуватостей, Д = 0,2 мм.

Діаметр штуцерів в розподільній камері вибираємо[1, табл. 2.6, с. 55] dтр = 0,15м; dмтр = 0,15 м.

Швидкість руху в штуцерах визначається за формулою:

, (6.13)

м/с

Гідравлічний опір в трубному просторі визначається за формулою:

Па

Гідравлічний опір в міжтрубному просторі визначається за формулою:

(6.14)

Коефіцієнт m визначається за формулою:

. (6.15)

Число рядів труб, що омиваються в міжтрубному просторі:

.

Кількість сегментних перегородок х = 4 [2, табл. 2.7, с.56].

Швидкість потоку в штуцерах:

м/с

Швидкість теплоносія в найбільш вузькому перерізі міжтрубного простору:

м/с

Отже, гідравлічний опір в міжтрубному просторі:

Па

Варіант 2К:

Розраховую критерій Рейнольдса:

Критерій Прандтля:

Розраховую критерій Грасгофа:

Розраховую коефіцієнт тепловіддачі:

Вт/м2 • К

Площа перерізу потоку в міжтрубному просторі між перегородками

Sмтр = 0,07 м2.

Теплопровідність нержавіючої сталі [3, с.529] приймаємо лст. = 17,5 Вт/м2 • К.

Коефіцієнт теплопередачі можна знайти за формулою:

Вт/м2 • К

Розраховую площу теплопередачі:

м2

Вибираю теплообмінник площею 507 м2. Запас поверхні при цьому становить:

%

Розрахунок гідравлічного опору

Швидкість руху теплоносія в трубах:

м/с

Коефіцієнт тертя:

Діаметр штуцерів в розподільній камері вибираємо [2, с. 55] dтр = 0,2 м; dмтр = 0,2 м.

Швидкість руху в штуцерах:

м/с

Гідравлічний опір в трубному просторі визначається за формулою:

Па

Число рядів труб, що омиваються в міжтрубному просторі:

Кількість сегментних перегородок х = 4 [2, с.56]. Швидкість потоку в штуцерах:

м/с

Швидкість теплоносія в найбільш вузькому перерізі міжтрубного простору:

м/с

Отже, гідравлічний опір в міжтрубному просторі:

Па

На основі вище проведених розрахунків із двох варіантів я обираю нормалізований кожухотрубний теплообмінник - варіант 2К, адже він має найбільш оптимальні параметри для процесу охолодження кубового залишку - запас поверхні теплообміну - 16 % і даний теплообмінник має найменший гідравлічний опір.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Перегонка як спосіб розділення рідких сумішей, її розподіл на просту перегонку (дистиляцію) і ректифікацію. Розрахунок кінетичних параметрів процесу ректифікації. Особливості процесу ректифікації, його основні змінні. Розрахунок ректифікаційної установки.

    курсовая работа [3,2 M], добавлен 26.11.2012

  • Схема та принцип роботи ректифікаційної установки періодичної дії, вибір тиску і температурного режиму. Матеріальний та тепловий розрахунок установки. Визначення флегмового числа і побудова діаграм рівноваги. Гідравлічний розрахунок ситчатих тарілок.

    курсовая работа [770,1 K], добавлен 30.04.2014

  • Огляд методів виробництва вінілацетату. Побічні продукти синтезу вінілацетату та методи їх використання. Вибір та опис технологічного вузла ректифікації. Розрахунок ректифікаційної колони. Гідравлічний опір колони, розрахунок насоса та дефлегматора.

    дипломная работа [2,5 M], добавлен 19.07.2014

  • Технологічна схема установки, оцінка подібних апаратів в промисловості. Вибір конструкційних матеріалів. Технологічний розрахунок: матеріальний та тепловий баланс, параметри підконтактного теплообмінника. Конструктивний розрахунок колони синтезу аміаку.

    курсовая работа [262,6 K], добавлен 10.12.2010

  • Біохімія та мікробіологія процесу виробництва, характеристика дріжджів і умов їх життєдіяльності, біохімія бродіння та дихання. Аналіз асортименту і характеристика готової продукції. Розрахунок основного та допоміжного обладнання, ректифікаційної колони.

    дипломная работа [171,8 K], добавлен 05.09.2010

  • Фізичні основи процесу, опис технологічної схеми, устаткування. Техніко-економічне обґрунтування і опис переваг конструкції кожухотрубного теплообмінника, техніка безпеки при обслуговуванні устаткування. Матеріальний баланс, конструктивний розрахунок.

    курсовая работа [3,0 M], добавлен 15.07.2010

  • Фізико-хімічні основи процесу очищення води методом озонування. Технологічна схема очищення з обґрунтуванням вибору основного обладнання. Принцип дії апаратів, їх розрахунок. Екологічне та економічне обґрунтування впровадження нового устаткування.

    дипломная работа [635,2 K], добавлен 10.04.2014

  • Короткий опис технологічного процесу ректифікації, його головні етапи. Обґрунтування методів вимірювання і вимірювальних комплектів для контролю основних параметрів технологічного процесу ректифікації. Опис схеми автоматичного контролю та сигналізації.

    курсовая работа [50,2 K], добавлен 06.04.2015

  • Будова та принцип роботи кожухотрубного теплообмінного апарата. Тепловий розрахунок теплообмінника, геометричних розмірів кожуха, днища, фланця. Перевірка міцності і герметичності з’єднань. Способи розміщення та закріплення труб у теплообміннику.

    курсовая работа [581,9 K], добавлен 15.01.2014

  • Фізико-хімічні основи процесу коксування, порівняльна характеристика і вибір конструкції печей. Розрахунок матеріального і теплового балансів з застосуванням ЕОМ. Особливості опалювальної системи коксових печей та їх контрольно-вимірювальні прилади.

    курсовая работа [960,1 K], добавлен 08.10.2011

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.