бесплатно рефераты

бесплатно рефераты

 
 
бесплатно рефераты бесплатно рефераты

Меню

Ректификационная установка непрерывного действия для разделения 4,1 т/ч бинарной смеси ацетон - этанол бесплатно рефераты

Расчёт пластинчатого теплообменника - подогревателя

Выбрать тип, рассчитать и подобрать нормализованный конструкции

пластинчатого теплообменника для подогрева G2= F = 1.1389 кг ( с

органической жидкости от температуры t2н=25°C до t2к=65.6°C. При средней

температуре t2=0.5(25+65.6)=45.3°C ;c2= 2632 Дж / кг(К.

Для подогрева использовать насыщенный водяной пар давлением 0.4 Мпа.

Температура конденсации t1=142.9°C. Характеристики конденсации при этой

температуре:r1=2141000 Дж (кг.

Тепловая нагрузка аппарата составит:

Q= 1.05(G2(c2(( t2к - t2н) = 1.05(1.1389(2632((65.6-25) = 127787 Вт [3,

c519]

Расход пара определим из уравнения теплового баланса:

[pic]кг/с [2, c349]

Средняя разность температур:

[pic]

Коэффициенты теплопередачи в пластинчатых теплообменниках выше, чем их

ориентировочные значения. Примем Kор= 1250 Вт ( м2(К. Тогда ориентировочное

значение требуемой поверхности составит:

[pic]

Теплообменник, поверхностью F = 1.5 м2 , подходит с запасом (= 46.28 %.

Расчёт кожухотрубчатого конденсатора (дефлегматора)

Рассчитать и подобрать нормализованный вариант конструкции

кожухотрубчатого конденсатора смеси паров органической жидкости и паров

воды (дефлегматора) для конденсации G1 = P = 1.59 кг ( с паров. Удельная

теплота конденсации смеси

r1= 534300 Дж/кг, температура конденсации 56.6°С. Физико-химические

свойства конденсата при температуре конденсации (1= 0.162 Вт / м( К; (1=

748.8 кг ( м3;

(1= 0.0000251 Па(с. Тепло конденсации отводить водой с начальной

температурой t2н= 20 °С.

Примем температуру воды на выходе из конденсатора t2к= 40°С.

c2 =4190 Дж / кг(К

Тепловая нагрузка аппарата составит:

Q= G1(r1 = 1.59(534300 = 903943.3 Вт [2, c349]

Расход воды:

[pic]кг/с

Средняя разность температур:

[pic]

Примем Kор= 600 Вт ( м2(К. Тогда ориентировочное значение требуемой

поверхности составит:

[pic]

Задаваясь числом Re2= 15000, определим соотношение n /z для

конденсатора из труб диаметром dн= 20(2 мм:

[pic],

где n - общее число труб;

z - число ходов по трубному пространству:

d - внутренний диаметр труб, м.

Уточнённый расчёт поверхности теплопередачи. В соответствии с табличными

значениями соотношение n /z принимает наиболее близкое к заданному значению

у конденсаторов с диаметром кожуха D = 400 мм, диаметром труб 20(2 мм,

числом ходов z = 2 и общим числом труб n = 166.

n /z = 166 ( 2 = 83.

Наиболее близкую к ориентировочной поверхность теплопередачи имеет

нормализованный аппарат с длиной труб L = 6 м; F = 63 м2 . Действительное

число Re2 равно:

[pic]

Коэффициент теплоотдачи к воде определим по уравнению:

[pic],

[pic]

[pic]

[pic]

[pic] Вт / м2( К;

Коэффициент теплоотдачи от пара компенсирующегося на пучке горизонтально

расположенных труб, определим по уравнению:

[pic]

[pic] Вт / м2( К;

Сумма термических сопротивлений стенки труб из нержавеющей стали и

загрязнения со стороны воды и пара равна:

[pic]

Коэффициент теплопередачи:

[pic] Вт / м2( К;

Требуемая поверхность теплопередачи:

[pic]

Конденсатор с длиной труб 3 м и поверхностью 3.5 м2 подходит с запасом:

[pic]

Гидравлическое сопротивление (р2 рассчитывается по формуле:

[pic]

[pic]

Коэффициент трения по формуле равен:

[pic]

[pic]

Скорость воды в штуцерах:

[pic]

Гидравлическое сопротивление:

[pic]

Расчёт кожухотрубчатого испарителя

Рассчитать и подобрать нормализованный вариант конструкции

кожухотрубчатого испарителя ректификационной колонны с получением G2= W=

1.425 кг ( с паров водного раствора органической жидкости. Кипящая при

небольшом избыточном давлении и температуре t2= 78°С жидкость имеет

следующие физико-химические характеристики: (2=737 кг/м3; (2=0.000448 Па(с;

(2=17.5(10-3 н(м; с2=3218 Дж/кг(К; (2=0.169 Вт/м( К; r2= 846240 Дж(кг.

Плотность при атмосферном давлении (по=1.6984 кг/м3, плотность паров над

кипящей жидкостью (п=1.6984 кг/м3.

В качестве теплоносителя использовать насыщенный водяной пар давлением

0.4 Мпа.

Удельная теплота конденсации r1=2141000 Дж(кг, температура конденсации

t1=142.9°С.

Физико-химические характеристики конденсации при этой температуре:

(1=926 кг / м3 ; (1 = 0.000196 Па(с ; (1= 0.685 Вт / м(К

Тепловая нагрузка аппарата:

[pic]

[pic]Вт

Расход греющего пара определим из уравнения теплового баланса:

[pic]кг/с

Средняя разность температур:

(tср= t1 - t2= 1429 - 78 = 64.9°С.

В соответствии с табличным значением примем ориентировочное значение

коэффициента теплопередачи Kор=1400 Вт/м2(К. Тогда ориентировочное значение

требуемой поверхности составит:

[pic]

В соответствии с табличной поверхностью, близкую к ориентировочной,

может иметь теплообменник с высотой труб l=2 м, Dкожуха=400 мм, dтруб=25(2

мм, общим числом труб = 100, числом ходов =2.

Требуемая поверхность составит F = 13.5 м2

В выбранном теплообменнике запас поверхности:

[pic]

Расчёт холодильника кубовой жидкости (кожухотрубчатого теплообменника).

Рассчитать и подобрать нормализованный кожухотрубчатый теплообменник

для теплообмена между двумя растворами. Горячий раствор в количестве

G2= W= 0.7193 кг ( с охлаждается от t2н= 78°С до t2к=25°С . Начальная

температура воды равна t2н= 20 0С. Горячая жидкость при средней температуре

t1=51.5°С имеет следующие физико-химические характеристики: (1=766.5 кг/м3;

(1=0.178 Вт/м(К; (1=0.000746 Па(с; с1=2927 Дж/кг(К. Холодная жидкость

температуре t2=30 °С имеет следующие физико-химические характеристики:

(2=986 кг/м3; (2=0.662 Вт/м(К; (2=0.000804 Па(с; с2=4190 Дж/кг(К.

Тепловая нагрузка аппарата:

Q= G1(с1((t1н- t1к)=0.7193(2927((78 - 25)=111586 Вт.

Расход охлаждающей воды:

[pic] кг/с

Определение средне-логарифмической разности температур:

[pic].

Ориентировочный выбор теплообменника:

Примем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи Kор=800

Вт/м2(К. Тогда ориентировочное значение требуемой поверхности теплообмена

составит:

[pic]

Поправку для средне-логалифмической разности температур определим по

уравнению:

[pic][pic]

[pic][pic]

[pic]

Подбираем теплообменник:

Lтруб=4 м, dтруб=25(2 мм, Dкожуха=400 мм, F =31 м2, число труб= 100, число

ходов=2

Требуемая поверхность составит F = 28.43м2.

В выбранном теплообменнике запас поверхности:

[pic]

Расчёт холодильника дистиллята (кожухотрубчатого теплообменника)

Рассчитать и подобрать нормализованный кожухотрубчатый теплообменник

для теплообмена между двумя растворами. Горячий раствор в количестве

G2= P= 0.4196 кг ( с охлаждается от t1н= 56.6°С до t1к=25°С . Начальная

температура холодного раствора равна t2н= 20 °С. Горячая жидкость при

средней температуре t1= 40.8°С имеет следующие физико-химические

характеристики:с1=2292.5 Дж/кг(К. Холодная жидкость температуре t2=30 °С

имеет следующие физико-химические характеристики: (2=996 кг/м3; (2=0.618

Вт/м(К; (2=0.000804 Па(с; с2=4190 Дж/кг(К.

Тепловая нагрузка аппарата:

Q= G1(с1((t1н- t1к)=0.4196(2292.5((56.6 - 25)=30397 Вт.

Расход охлаждающей воды:

[pic] кг/с

Определение средне-логарифмической разности температур:

[pic].

Ориентировочный выбор теплообменника:

Примем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи Kор=800

Вт/м2(К. Тогда ориентировочное значение требуемой поверхности теплообмена

составит:

[pic]

Подбираем теплообменник:

Lтруб=3 м, dтруб=20(2 мм, Dкожуха=400 мм, F=31 м2, число ходов=2

Требуемая поверхность составит F = 25.61 м2.

В выбранном теплообменнике запас поверхности:

[pic]

Расчёт ёмкости для исходной смеси и продуктов разделения

[pic] , где

G - расход жидкости, кг ( с.

( = 2 часа = 2(3600 = 7200 сек - время.

( - плотность жидкости, кг ( м3.

( = 0.8 - коэффициент заполнения.

1. Ёмкость для исходной смеси:

[pic]

2. Ёмкость для сбора дистиллята:

[pic]

3. Ёмкость для кубовой жидкости:

[pic]

Расчёт и выбор насоса

Подобрать насос для перекачивания исходной смеси ацетон- этанол при

температуре 20 °С из открытой ёмкости в аппарат, работающий под избыточным

давлением 0.1 Мпа. Расход жидкости 1.1389 кг(с. Геометрическая высота

подъёма жидкости 15 м. Длина трубопровода на линии всасывания 15 м, на

линии нагнетания 40 м.

Проверить возможность установки насоса на высоте 4 м над уровнем

жидкости в ёмкости.

Выбор трубопровода

Для всасывающего и нагнетательного трубопровода примем одинаковую

скорость течения жидкости, равную 2 м(с. Тогда диаметр равен:

[pic]

Выбираем стальную трубу наружным диаметром 38 мм, толщиной стенки

2 мм (по таблице). Внутренний диаметр трубы d = 0.034 м. Фактическая

скорость воды в трубе:

[pic]м/с

Примем, что коррозия трубопровода незначительна.

Определение потерь на трение местные сопротивления

[pic]

т.е. режим течения турбулентный. Примем абсолютную шероховатость равной

(=2(10-4 м. Тогда:

[pic]

Далее получим:

[pic]

Таким образом, в трубопроводе имеет место смешанное трение, и расчет (

следует проводить по формуле:

[pic]

[pic][pic]

Определим сумму коэффициентов местных сопротивлений:

сумма коэффициентов во всасывающей линии

((вс=0.5+1+1.1(2+3(0.83(0.92=6

сумма коэффициентов в нагнетательной линии

((н=0.5+1+1.1(2+2(4.8=13.3

Потерянный напор во всасывающей и нагнетательной линии находим по

формуле:

[pic]

[pic]

[pic]

Общие потери напора:

hп=hп вс+hп наг=1.9+2.83=4.73

Выбор насоса.

Находим потребный напор насоса по формуле:

[pic]

[pic]

Такой напор при заданной производительности обеспечивается

одноступенчатыми центробежными насосами. Учитывая широкое распространение

этих насосов в промышленности ввиду достаточно высокого к.п.д.,

компактности и удобства комбинирования с электродвигателями, выбираем для

последующего рассмотрения именно эти насосы.

Полезную мощность насоса определим по формуле:

Nп=((g(Q(H = 9.8(32.6(1.1389 = 363.9 Вт = 0.364 кВт

Примем (пер=1 и (н=0.6 (для центробежного насоса средней

производительности), найдём по формуле мощность на валу двигателя:

[pic]кВт

По таблице устанавливаем, что заданной подаче и напору более всего

соответствует центробежный насос марки Х20/53, для которого при оптимальных

условиях работы Q=5.5(10-3 м3/с, Н=34.4 м, (н=0.5. Насос обеспечен

электродвигателем ВА 0-52-2 номинальной мощностью Nн=13 кВт, (дв=0.87.

Частота вращения вала n = 48.3 с-1.

Определение предельной высоты всасывания

Рассчитаем запас напора на кавитацию:

hз=0.3((Q(n2)2/3=0.3((1.445(10-3(48.32)2/3=0.6744 м

По таблицам давлений насыщенного пара найдём, что при 20 °С pt=12025

Па.

Примем, что атмосферное давление равно р1=105 Па, а диаметр всасывающего

патрубка равен диаметру трубопровода. Тогда по формуле найдём:

[pic]

[pic]

Таким образом, расположение насоса на высоте 4 м над уровнем жидкости в

ёмкости вполне возможно.

Выбираем насос:

Выбор насоса для отвода кубового остатка и дистиллята

Таблица 4

|Q расчетное, |Марка |Q , м3/с|Н, м|n, |(н |Электродвигатель|

|м3/с | | | |с-1 | | |

| | | | | | |тип |Nн,кВ|

| | | | | | | |т |

|1.Qкуб.ост=0.719|Х 8/18|2.4(10-3|11.3|48.3|0.4|АО2-31-2|3 |

|/785 | | | | | | | |

|=0.92(10-3 | | | | | | | |

|2.Qдист=0.42/785|Х2/25 |4.2(10-4|25 |50 |- |АОЛ-12-2|1.1 |

|= | | | | | | | |

|=5.35(10-4 | | | | | | | |

Расчёт конденсатоотводчика

Для отвода конденсата и предотвращения проскока пара в линию отвода

конденсата, теплообменные аппараты, обогреваемые насыщенным водяным паром,

должны снабжаться конденсатоотводчиками. Расчёт поплавкового

конденсатоотводчика состоит в определении диаметра условного прохода Dу по

максимальному коэффициенту пропускной способности R.

Требуемое значение коэффициента пропускной способности определяют в

зависимости от расхода водяного конденсата G (в т/ч) и перепада давления (р

(в МПа) между давлением пара и давлением в линии отвода конденсата:

[pic]

(р=0.4-0.1=0.3 МПа

1. Конденсатоотводчик для кипятильника:

G=0.447 кг/с(3.6 = 1.61 т/ч

[pic]т/ч

Dу=25 мм

2. Конденсатоотводчик для подогревателя:

G=0.06 кг/с(3.6 = 0.22 т/ч

[pic]т/ч

Dу=20 мм

Определение толщины тепловой изоляции

Толщину тепловой изоляции (и находят из равенства удельных тепловых

потоков через слой изоляции от поверхности изоляции в окружающую среду:

[pic]

где (в=9.3+0.058(tст2 - коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности

изоляционного материала в окружающую среду, Вт/м2(К ; tст2 - температура

изоляции со стороны окружающей среды; для аппарата, работающего в закрытом

помещении, tст2= 40°С ; tст1=142.9 °С - температура изоляции со стороны

аппарата. Ввиду незначительного термического сопротивления стенки аппарата

по сравнению с термическим сопротивлением слоя изоляции, tст1 принимают

равной температуре греющего пара tг1 ; tв=20 °С - температура окружающей

среды; (и - коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/м(К.

Рассчитаем толщину тепловой изоляции:

(в=9.3+0.058(40 = 11.62 Вт/м2(К

В качестве материала для тепловой изоляции выберем совелит (85%

магнезия

и 15% асбеста), имеющий коэффициент теплопроводности (и=0.09 Вт/м(К. Тогда

получим:

[pic]

Расчёт аппарата на прочность

1. Расчёт толщины обечайки.

Исполнительную толщину тонкостенной гладкой цилиндрической обечайки,

нагруженной внутренним избыточным давлением, рассчитывают по формуле:

[pic]

D - внутренний диаметр обечайки, м

[(]- напряжение на растяжение для материала обечайки. Для стали Х18Н10Т

[(]=134 мН/м2

( - коэффициент, учитывающий ослабление обечайки из-за сварного шва,

( = 0.95.

[pic]

[pic]

[pic]

ГОСТ 1 м (=10 мм.

2. Расчёт толщины днища.

Считаем толщину стенки днища.

Вместо коэффициента ослабления из-за шва, возьмём коэффициент ослабления (

= 0.9. Тогда толщина стенки эллиптического или полусферического днища

равна:

[pic]

[pic]

Расчёт оптимального диаметра трубопровода

Внутренний диаметр трубопровода круглого сечения рассчитывают по

формуле:

[pic]

1. Трубопровод подачи исходной смеси из подогревателя в колонну:

[pic]

Выбираем трубопровод по ГОСТу ( 56(3.5 мм - Х18Н10Т.

Штуцер Dу - 49 мм.

2. Трубопровод подачи кубового остатка в кипятильник:

[pic]

Выбираем трубопровод по ГОСТу ( 45(3.5 мм - Х18Н10Т.

Штуцер Dу - 38 мм.

3. Трубопровод отвода оборотной воды из холодильника -1:

[pic]

Выбираем трубопровод по ГОСТу ( 56(3.5 мм - Х18Н10Т.

Штуцер Dу - 49 мм.

4. Трубопровод подвода исходной смеси из ёмкости -1 к подогревателю:

[pic]

Выбираем трубопровод по ГОСТу ( 32(3.0 мм - Х18Н10Т.

Штуцер Dу - 26 мм.

5. Трубопровод подачи дистиллята из распределителя в холодильник -2:

[pic]

Выбираем трубопровод по ГОСТу ( 32(3.0 мм - Х18Н10Т.

Штуцер Dу - 26 мм.

6. Трубопровод подачи дистиллята из холодильника -2 в ёмкость -3:

[pic]

Выбираем трубопровод по ГОСТу ( 32(3.0 мм - Х18Н10Т.

Штуцер Dу - 26 мм.

7. Трубопровод отвода оборотной воды из дефлегматора:

[pic]

Выбираем трубопровод по ГОСТу ( 76(4.0 мм - Ст3сп.

Штуцер Dу - 67 мм.

8. Трубопровод подачи оборотной воды в холодильник -1:

[pic]

Выбираем трубопровод по ГОСТу ( 56(3.5 мм - Х18Н10Т.

Штуцер Dу - 49 мм.

9. Трубопровод подачи паров дистиллята из колонны в дефлегматор:

[pic]

Выбираем трубопровод по ГОСТу ( 56(3.5 мм - Х18Н10Т.

Штуцер Dу - 49 мм.

10 Трубопровод, соединяющий распределитель и колонну:

[pic]

Выбираем трубопровод по ГОСТу ( 56(3.5 мм - Х18Н10Т.

Штуцер Dу - 49 мм.

11. Трубопровод подачи пара к подогревателю и кипятильнику:

[pic]

Выбираем трубопровод по ГОСТу ( 22(2.0 мм - Х18Н10Т.

Штуцер Dу - 18 мм.

12. Трубопровод подачи кубовой жидкости из холодильника -1 в ёмкость -2:

[pic]

Выбираем трубопровод по ГОСТу ( 45(3.5 мм - Х18Н10Т.

Штуцер Dу - 38 мм.

Контроль и автоматическое регулирование

1. Ёмкость Е1, Е2, Е3:

[pic]

L - уровень, параметр, измеряемый первичным преобразователем или прибором.

I - показания, функция, выполняемая прибором.

А - сигнализация.

Это прибор для измерения уровня, установлен на щите, буквы Н и L означают

сигнализацию верхнего и нижнего уровней.

2. Трубопровод с1 от ёмкости Е1 до подогревателя:

[pic]

Q - величина, характеризующая качество (состав, концентрация).

R - регистрация, функция выполняемая приборами по отображению информации.

I - показания.

3. Трубопровод -Т7- подогреватель -с1-:

На трубопроводе -Т7- установлен механизм, который при прекращении

подачи энергии или управляющего сигнала оставляет регулирующий орган в

неизменном положении.

| |T - прибор для измерения температуры. |

|TIRC |I - показания. |

| |R - функция регистрации. |

| |C - функция, выполняемая приборами по формированию |

| |сигнала (регулирование, управление). |

4. Трубопровод подогреватель -C1- КР:

| |F - измеряемый параметр, расход. |

|FICA |I - показания. |

| |C - функция, выполняемая приборами по формированию |

| |сигнала |

| |A - сигнализация, функция, выполняемая приборами по |

| |отображению информации. |

[pic]

Также установлен механизм

5. Трубопровод -Т7- (ВР2) - верх-низ РК:

[pic]

| |P -давление, вакуум-измеряемый параметр. |

|PDIC |D - плотность-измеряемый параметр. |

| |I - показания. |

| |C - функция, выполняемая приборами по формированию |

| |выходного сигнала. |

На трубопроводе -Т7- установлен механизм (ВР2).

6. Трубопровод -В4- (отвод к Д ) - верх РК:

| |P -давление, вакуум-измеряемый параметр. |

|PIC |I - показания. |

| |C -регулирование, управление. |

[pic]

На отводе -В4- к Д установлен механизм (ВР5).

7. Трубопровод для отвода кубовой жидкости:

[pic]

|к Х1 |L - уровень, измеряемый параметр. |

|LC |С - регулирование, управление. |

|13 | |

На этой линии установлен механизм (ВР8) перед входом в Х1.

|QR |Q - величина, характеризующая качество (концентрация). |

| |R - радиоактивность. |

8. Трубопровод после Х1 в ёмкость Е2:

|FI |F - измеряемый параметр, расход. |

| |I - показания. |

9. Трубопровод -В4 (вода) в Х1 и трубопровод из Х1 в Е2:

[pic]

| |T - температура, измеряемый параметр. |

|TIC |I - показания. |

| |C - регулирование, управление. |

На трубопроводе -с1- установлен механизм (ВР9).

10. Вода из трубопровода -В4- в Х2 и дистиллят в Е3:

| |T - температура, измеряемый параметр. |

|TIC |I - показания. |

| |C - регулирование, управление. |

[pic]

На трубопроводе из -В4- в Х2 установлен механизм (ВР7).

11. Трубопровод -Д1- в Х2 из распределителя (Р):

[pic]

|LC |L - уровень, измеряемый параметр. |

| |С - регулирование, управление. |

На трубопроводе установлен механизм (ВР6).

[pic]

12.

F - расход, измеряемый параметр.

С - регулирование, управление.

F - расход, измеряемый параметр.

I - показания.

С - регулирование, управление.

Q - величина, характеризующая качество.

R - радиоактивность.

С - регулирование, управление.

FFIC - расход - прибор для его измерения, регистрации и автоматического

регулирования.

Список используемой литературы

1.Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по

проектированию под ред. Ю.И. Дытнерского. -М.: Химия,1987.

2.Павлов К.Ф., Романков П.Т., Косков А.А. Примеры и задачи по курсу

процессов и аппаратов химической технологии. -Л.: Химия,1987.

3.Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.:

Химия, 1971.

4.Справочник химика. Т2.- М-Л: Госхимиздат, 1963

5.Альперт Л.З. Основы проектирования химических установок .- М.: Высшая

школа, 1976

6.Коган В.Б., Фридман В.М., Кафаров В.В. Равновесие между жидкостью и

паром. - М-Л: Наука, 1986.

7.Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчёта

химической аппаратуры .- Л.: Машиностроение, 1970.

.

Страницы: 1, 2