0,75160,86370,92760,96220,99
|
|
|
|
|
|
-544,9-351,9-203,2-112,3-31,59
|
|
|
|
|
|
Расчет энтальпий исходной смеси, дистиллята и кубового
остатка.
Энтальпия исходной смеси поступающей в колонну:
Из табл. 3 путем линейной интерполяции находим теплоемкость
исходной смеси при средней температуре, за которую принимаем
среднеарифметическое значение ; при этой температуре . Линейной интерполяцией из табл. 5 находим также теплоту
смешения для раствора, равную . Получим:
Энтальпия дистиллята:
Из табл. 3 находим теплоемкость дистиллята при средней температуре
; при этой температуре . Из табл. 5 находим теплоту смешения для
раствора, содержащего 87,9% (мол) метанола, равную. Тогда получим:
Энтальпия кубового остатка:
Из табл. 3 находим теплоемкость кубового остатка при средней
температуре ; при этой температуре . Из табл. 5 находим также теплоту
смешения для раствора, равную . Тогда получим:
Расчет мольной энтальпии поступающего в дефлегматор пара
Теплоты испарения метанола и воды при 25°С равны соответственно
37970 и 44000 .
Из табл. 4 определим теплоемкости метанола и воды в парообразном состоянии при температуре 44,8°С (среднее
значение температуры между 25°С и 64,6°С; они равны
соответственно 50 и 34,7
Тепловые нагрузки дефлегматора и кипятильника.
Тепловая нагрузка дефлегматора.
Переведем расход дистиллята из в
; ;
Тепловая нагрузка кипятильника.
с учетом общих потерь (10%) тепловая нагрузка кипятильника
изменится:
7.
Выбор и расчет подогревателя исходной смеси
Предварительный расчет площади теплообмена и выбор
подогревателя исходной смеси.
Исходные данные.
Теплоносителя с большей средней температурой (водяной пар) при :
при .
.
.
- удельная теплота парообразования воды.
- теплоемкость воды.
- теплопроводность воды.
Теплоносителя с меньшей средней температурой (метанол-вода) при :
- теплоемкость смеси метанол-вода из табл. 3.
- теплопроводность смеси метанол-вода.
- динамический коэффициент вязкости метанола.
.
- динамический коэффициент вязкости смеси метанол-вода.
- поверхностное натяжение смеси метанол-вода.
- расход исходной смеси
- удельная теплота парообразования смеси метанол-вода.
Тепловая нагрузка подогревателя.
Расход греющего пара.
Среднелогарифмическая разность температур.
Ориентировочная площадь и предварительный выбор подогревателя
исходной смеси.
Коэффициент теплопередачи в пластинчатых теплообменниках выше, чем
у кожухотрубчатых, поэтому примем
Рассмотрим разборный пластинчатый подогреватель исходной смеси с
симметричной двухпакетной схемой компоновки пластин (по ГОСТ 15518-83) с:
поверхностью теплообмена , поверхностью пластины , числом пластин , поперечным сечением канала , эквивалентным диаметром канала , толщиной пластин и приведенной длиной канала .
Уточненный расчет поверхности теплообмена и окончательный выбор
подогревателя исходной смеси.
Скорость жидкости и число Re в каналах.
- значит
режим турбулентный
Коэффициент теплоотдачи к жидкости.
Коэффициент теплоотдачи от пара.
Примем что , то расчет будем выполнять по формуле:
Сумма термических сопротивлений стенки пластин и загрязнений
жидкости.
Термическое сопротивление загрязнений со стороны жидкости , сопротивлением загрязнений со стороны
пара можно пренебречь. Материал пластин - нержавеющая сталь Х17Н13М2Т ГОСТ
3632-72. Коэффициент теплопроводности стали .
Коэффициент теплопередачи.
Проверка правильности принятого допущения относительно .
Уточненный расчет коэффициента теплопередачи.
т.к. , то коэффициент теплоотдачи к жидкости
определяем по формуле, принимая , :
рассчитаем коэффициент теплопередачи:
проверим :
т.к. , то методом последовательных приближений
выполняем расчеты по сходимости принятой разности температур .
Принимаем
. Принимаем
Так различия между принятой разностью температур и рассчитанной незначительны. Расчет прекращен.
Требуемая площадь поверхности теплопередачи.
т.к. , то пластинчатый теплообменник с
номинальной поверхностью по ГОСТ 15518-83 подходит, с запасом:
8.
Подбор конденсатора
Рассчитать и подобрать нормализованный вариант конструкции
пластинчатого конденсатора, для конденсации паров легколетучего компонента в
количестве =0,118 кг/с. Температура конденсации t1=69
0C,
удельная теплота конденсации r (при содержании 92% масс. метанола в дистилляте, при 69 гр. r метанола=1101000 Дж/кг; r воды =2320000 Дж/кг) по
правилу аддитивности:
Физико-химические свойства конденсации при температуре
конденсации:
Тепло конденсации отводится водой, с начальной температурой t2н=25 0С. Примем температуру воды на выходе из
конденсатора t2к=33 0С. Потери тепла примем 5%.
Тепловая нагрузка аппарата:
Расход воды находим из уравнения теплового баланса:
Средняя разность температур:
В соответствии Kор=1000 Вт/(м2∙К), примем
ориентировочное значение поверхности:
Выбираем разборный пластинчатый конденсатор по ГОСТ 15518-83.
Поверхность теплообмена 12.5 м2.
Число пластин-66.
Поверхность пластины - 0,2 м2.
Масса 800 кг.
Запас площади составляет:
9. Подбор кипятильника
Подобрать нормализованный вариант конструкции пластинчатого
испарителя ректификационной колонны, с получением GW=1,132 кг/с
паров водного раствора органической жидкости, кипящая при температуре t2=93
0C,
удельная теплота конденсации равна r2=(при содержании 7% масс. метанола в дистилляте,
при 93 гр. r
метанола=1101000 Дж/кг; r воды =2270000 Дж/кг) по правилу аддитивности:
В качестве теплоносителя используется насыщенный водяной пар
давлением 0,1 МПа. Удельная теплота конденсации r1=2171000
Дж/кг, температура конденсации t1=1330С.
Расход греющего пара определим из уравнения теплового баланса:
Средняя разность температур:
Примем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи Kор=1000 Вт/(м2∙К). Тогда ориентировочное
значение требуемой поверхности составит:
Выбираем пластинчатый разборный кипятильник по ГОСТ 15518-83.
Поверхность теплообмена 16 м2.
Число пластин-84.
Поверхность пластины - 0,2 м2.
Масса 1340 кг.
Запас площади составляет:
10.
Емкостное оборудование
Номинальный объем емкостного оборудования определяется по
формуле:
где G - массовый расход продукта в емкости, кг/ч;
ф - время пребывания продукта в емкости, ч;
с - плотность продукта, кг/м³.
Принимая, время пребывания продукта в емкости равным 8 ч и
используя данные найденные ранее значения массовых расходов, получим:
для исходной смеси
для кубового остатка
для дистиллята
Окончательно принимаем емкости объемом 40 и две по 30 и 5 соответственно.
11.
Выбор и расчет штуцеров
Основная расчетная формула , где G - объемный расход;
- рекомендуемая скорость перекачиваемой среды (жидкости или пара );
, принимаем ;
, принимаем
Штуцер для выхода паров с верха колонны.
принимаем .
Штуцер для входа флегмы.
.
принимаем
Штуцер для входа пара из кипятильника.
принимаем .
Штуцер для входа исходной смеси
плотности метанола и воды равны: , . Плотность смеси при температуре :
принимаем .
Штуцер для выхода кубового остатка.
.
принимаем .
Штуцер для выхода жидкости из куба на циркуляцию.
принимаем .
12.
Расчёт толщины стенки и опоры колонны
Исходные данные.
Диаметр аппарата D=0,6 м
Рабочее давление атмосферное
Расчетная температура принимается равной максимально
допустимой рабочей температуре t = 150ºC
Материал аппарата сталь Х17Н13М2Т ГОСТ 3632-72
Скорость коррозии, эрозии не более П=0,133
мм/год
Допускаемые напряжения
[у] = 130 МПа
Обечайка корпуса.
Рассчитаем давление гидроиспытания под наливом воды.
Давление гидроиспытания определяется по формуле:
= 1000 кг/м² -
плотность воды при гидроиспытаниях; Н= 3,9 м - высота столба жидкости при
гидроиспытаниях.
Подставляя значения, получим:
Расчетное давление:
Толщина обечайки определяется по формуле:
, где = 1 - коэффициент прочности продольного сварного шва.
Подставляя числовые значения в форму, получим:
Испытательная толщина стенки определяется с учетом прибавки с к
рассчитанной толщине, согласно условию:
, где с - сумма прибавок к расчетной толщине
где - прибавка для компенсации коррозии и эрозии;
=0,8 мм - прибавка на компенсацию минусового допуска;
=0,51 мм - технологическая прибавка.
Прибавка определяется по формуле:
Тогда
После подстановки полученных значений получим:
По технологическим требованиям исполнительную толщину стенки
корпуса окончательно принимаем равной 8 мм.
Проверим условие применяемости расчетных формул. Для обечаек при 200 мм должно выполняться условие:
Условие выполняется.
Допускаемые напряжения при гидроиспытаниях определяются по
формуле:
где = 250 МПа - предел текучести материала корпуса при t=20ºС.
Проверим условие:
где [Р] - допускаемое избыточное внутреннее давление, МПа.
Условие 0,038< 4,93 выполняется.
Проверим выполнение условия:
,
где - пробное давление, МПа, - допускаемое напряжение при t = 20ºС.
Условие 0,038< 0,06 выполняется
Следовательно, принятая толщина обечайки условие прочности
удовлетворяет.
Днище корпуса.
Толщина стенки эллиптического днища, нагруженного внутренним
давлением, находится по формуле:
где R = D = 0,6 м - радиус кривизны в вершине днища;
ц = 1 - коэффициент прочности сварного шва
исполнительная толщина стенки днища определяется по формуле:
где с = 0,00331 м - сумма прибавок к расчетной толщине стенки.
Принимаем исполнительную толщину стенки днища равной 8 мм.
Выбор опоры.
Выбор опоры осуществляется по максимальным и минимальным
приведенным нагрузкам.
Максимальная приведенная нагрузка для нижнего сечения опорной
обечайки при отсутствии изгибающего момента рассчитывается по формуле:
где , - вес аппарата соответственно при рабочих условиях и условиях
гидроиспытаний, МН.
Ориентировочно примем следующие значения нагрузок и изгибающих
моментов: = 1МН, = 1,2 МН.
Подставляя соответствующие значения моментов и нагрузок, получим:
Минимальная приведенная нагрузка определяется по формуле:
,
где = 0,8 МН - максимальная нагрузка в условиях монтажа.
Принимаем цилиндрическую опору типа 3 с = 1,6 МН, =0,8 МН.
Опора 3-2200-160-80-2000 ОСТ 26-467-78.
технологический
конденсатор ректификационный
13. Насосное оборудование
Подбор насоса для подачи исходной смеси на кипятильную
тарелку из емкости проведем по формуле:
где - высота подъема исходной смеси до питающей тарелки;
- общие потери напора на трение и местные сопротивления, м;
Общие потери напора на трение и местные сопротивления определим по
формуле: , где - коэффициент трения, L=25 м -
длина трубопровода подачи исходной смеси, - суммарная эквивалентная длина трубопровода, имеющего такое же
гидравлическое сопротивление, как и местные сопротивления (повороты, арматура,
подогреватель), м; щ - скорость жидкости в трубопроводу, м/с;
Примем = 15 м.
Скорость жидкости в трубопроводе определяется уравнением расхода
Коэффициент трения определяется в зависимости от критерия Рейнольдса:
.
Коэффициент трения для труб с шероховатостью 0,2 мм составляет .
Тогда потери напора требуемый напор составит:
Н=2,5 + 0,54 = 3,0 м
При требуемом напоре 3 м и объемном расходе 5,5 м³/ч принимаем насос марки Х2-6,3/30 со
следующими характеристиками:
подача Q= 6,3 м³/ч; напор 30 мм. в.ст; мощность N= 3 кВт; обороты 2900; масса 34 кг; габариты - 450х280х190.
Заключение
В результате курсовой работы рассчитана и спроектирована
колонна непрерывного действия для разделения смеси метилового спирта и воды.
Тип ректификационная колонны - тарельчатая. Тарелки колпачковые типа ТСК-1.
Производительность колонны по исходной смеси , по дистилляту, по кубовому остатку. Диаметр колонны , высота колонны.
Также подобран разборный пластинчатый подогреватель исходной
смеси, с симметричной двухпакетной схемой компоновки пластин, в котором для
подогрева используется насыщенный водяной пар. В нем поверхность теплообмена , общее число пластин и приведенная длина канала . Запас поверхности 5,5%.
Библиографический список
1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А.
Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учебное
пособие для вузов под ред. чл. - корр. АН России П.Г. Романкова. − 13-е
изд., М.: ООО ТИД «Альянс», 2006.− 576 с.
. Основные процессы и аппараты химической
технологии: пособие по проектированию / Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И.
Дытнерский и др. под ред. Ю.И. Дытнерского, 4-е издание. М.: ООО ИД «Альянс»,
2008. - 496 с.
. Справочник химика. Т. 1. М.Л.:
«Госхимиздат», 1963. - 1071 с.
. Л.И. Коробчанская, А.Л. Марченко, А.А.
Коваленко Колонные аппараты. Каталог: срок ввода в действие 1 квартал 1979 г.,
издание 2-е исправленное и дополненное, М.:ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1978 - 30 с.
. Л.М. Коваленко, К.М. Деревянченко, Л.Г.
Саломатина Пластинчатые теплообменные аппараты. Каталог: срок ввода в действие
1 января 1991 г., издание 5-е исправленное и дополненное, М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ,
1990.
. http://nashaucheba.ru/v30040/курсовой_проект_ректификационная_установка_для_разделения_смеси_бензол-толуол.
. http://www.ngpedia.ru/cgi-bin/getimg.exe?
usid=18&num=1 - Поверхность теплообмена и основные параметры разборных
пластинчатых теплообменников по ГОСТ 15518 - 83.