Расчет насадочной ректификационной колонны непрерывного действия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Курсовой проект по теме «Расчет насадочной ректификационной колонны непрерывного действия» содержит страниц текстового документа, приложений, использованных источников, листов графического материала.

Цель работы - расчёт ректификационной установки для разделения смеси циклогексан - пропиловый спирт.

В ходе курсового проекта был произведен расчёт насадочной ректификационной установки непрерывного действия для разделения смеси циклогексан - пропиловый спирт. Рассчитан теплообменный аппарат для подогрева исходной смеси. Проведён расчёт материального и теплового баланса ректификационной установки, подобраны конденсатор и кипятильник, проведён гидравлический расчёт колонны.

В результате чего была подобрана ректификационная колонна со следующими характеристиками: высота колонны H=41 м, диаметр колонны d=1,2 м. Подобран кожухотрубчатый теплообменный аппарат с поверхностью теплообмена F=91 м2.



Введение

Ректификация - массообменный процесс, который осуществляется в большинстве случаев в противоточных колонных аппаратах с контактными элементами (насадки, тарелки), аналогичными используемыми в процессе абсорбции. Поэтому методы подхода к расчету и проектированию ректификационных и абсорбционных установок имеют много общего. Тем не менее, ряд особенностей процесса ректификации (различное соотношение нагрузок по жидкости и пару в нижней и верхней частях колонны, переменные по высоте колонны физические свойства фаз и коэффициент распределения, совместное протекание процессов массо- и теплопереноса) осложняет его расчет.

Одна из сложностей заключается в отсутствии обобщенных закономерностей для расчета кинетических коэффициентов процесса ректификации. В наибольшей степени это относится к колоннам диаметром более 800 мм с насадками и тарелками, широко применяемым в химических производствах. Большинство рекомендаций сводится к использованию для расчета ректификационных колон кинетических зависимостей, получаемых при исследовании абсорбционных процессов.

Большое разнообразие тарельчатых контактных устройств затрудняет выбор оптимальной конструкции тарелки. При этом наряду с общими требованиями (высокая интенсивность единицы объема аппарата, его стоимость и др.) ряд требований может определяться спецификой производства: большим интервалом устойчивой работы при изменении нагрузок по фазам, способность тарелок работать в среде загрязненных жидкостей, возможностью защиты от коррозии и т.п. Зачастую эти качества становятся превалирующими, определяющими пригодность той или иной конструкции для использования в каждом конкретном процессе.



1. Описание схемы установки и физико-химические свойства компонентов смеси

Исходную смесь из промежуточной емкости центробежным насосом подают в теплообменник, где она подогревается до температуры кипения. Нагретая смесь поступает в ректификационную колонну над нижней частью, где состав жидкости равен составу исходной смеси xD.

Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка xW. 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 xD, получаемой в дефлегматоре путем конденсации пара, выходящего из колонны. Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения - дистиллата, который охлаждается в теплообменнике и направляется в промежуточную емкость.

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

Таким образом, в ректификационной колонне осуществляется непрерывный неравновесный процесс разделения исходной бинарной смеси циклогексан-пропиловый спирт на дистиллят (с высоким содержанием легколетучего компонента) и кубовый остаток (обогащенный труднолетучим компонентом). [3]

Циклогексан (гексагидробензол,гексаметилен)-- органическое вещество класса циклоалканов. Химическая формула -- C6H12.

Внешний вид: бесцветн. жидкость, молекулярная масса (в а.е.м.): 84,16. Температура кипения (в °C): 81,4. Температура плавление 6.5°C. Плотность 0,779 г/см3. Не растворим в воде. Реагирует с диэтиловым эфиром и этанолом.

Получают гидрированием бензола в жидкой фазе при t 150--250 °C и 1-2,5 МПа (выход 99 %), а также выделяют ректификацией из нефтепродуктов.

Это сырье служит для получения капролактама, адипиновой кислоты и циклогексанона; растворитель эфирных масел, восков, лаков, красок, экстрагент в фармацевтической промышленности.

Пропиловый спирт (пропан-1-ол, 1-пропанол) C3H7OH -- одноатомный спирт. Существует изомер 1-пропанола -- изопропиловый спирт (пропан-2-ол, 2-пропанол). Молярная масса 60.09 г/моль. Температура кипения пропилового спирта 97.4°C. Температура плавления -127 °C

Бесцветная жидкость со спиртовым запахом, смешивается с водой и органическими растворителями. Пропиловый спирт обладает всеми химическими свойствами одноатомных спиртов.

В промышленности 1-пропанол получают путём гидроформилирования этилена с последующим гидрированием образовавшегося пропаналя.

1-пропанол применяют в качестве растворителя для восков, полиамидных чернил, природных и синтетических смол, полиакрилонитрила; в производстве полиэтилена низкого давления; для получения карбометоксицеллюлозы; как обезжириватель металлов; сорастворитель поливинилхлоридных адгезивов; желатинирующий и пластифицирующий агент целлюлозноацетатных пленок; алкилирующий агент. Его используют также для синтеза пропионовой кислоты, пропионового альдегида, пропилацетата, пропиламина, ПАВ, пестицидов, некоторых фармацевтических препаратов.

Токсичность пропилового спирта выше, чем у этилового. ПДК пропилового спирта в воздухе рабочей зоны 10 мг/м3, в атмосферном воздухе населенных пунктов - не более 0,3 мг/м3. [4]



2. Расчёт насадочной ректификационной колонны непрерывного действия

2.1 Материальный баланс установки и рабочее флегмовое число

1.Производительность колонны по дистилляту GD и кубовому остатку GW определим из уравнений материального баланса колонны:

GF= GD+ GW (1)

(2)

Где ,, - массовые доли для исходной смеси, дистиллата и кубовой жидкости соответственно, кг/кг смеси.

2. Выразим концентрации исходной смеси , дистиллята и кубового остатка в массовых долях:

(3)

где - мольная доля низкокипящего компонента в жидкости;

- молекулярная масса низкокипящего компонента, кг/кмоль;

- молекулярная масса высококипящего компонента, кг/кмоль.

Молекулярная масса циклогексана- 84 кг/кмоль, пропилового спирта-60 кг/кмоль.[2]

По расчетам получаем:

=

Из уравнения 2 материального баланса находим:

3 Данные по расчету равновесного состава фаз сведены в таблицу 1.

Таблица 1- Равновесные составы жидкости и пара смеси циклогексан-пропиловый спирт при давлении 760 мм.рт.ст.

t , °C	X	y	P, мм.рт.ст
97.15	0,0	0,0	760
88,47	8,0	30,8
83,70	13,9	48,6
77,57	31,5	65,0
75,31	50,9	71,2
75,00	86,5	78,3
76,18	93,7	83,7
80,73	100,0	100,0

По данным о равновесии между жидкостью и паром строим изобары температур кипения и конденсации смеси на диаграмме t-f(x,y) [приложение А-1] и линию равновесия на диаграмме y=f(x)[Приложение А-2].

4 Расчет флегмового числа

Нагрузки ректификационной колонны по пару и жидкости определяются рабочим флегмовым числом R; его оптимальное значение Rопт можно найти путем технико-экономического расчета. Ввиду отсутствия надежной методики оценки Rопт используют оптимальные вычисления, основанные на определении коэффициента избытка флегмы:

(4)

где - минимальное флегмовое число.

(5)

где , - мольная доля низкокипящего компонента в дистилляте и исходной смеси соответственно, кмоль/кмоль смеси;

- мольная доля низкокипящего компонента в паре, находящемся в равновесии с исходной смесью, кмоль/кмоль, определяется по диаграмме x-y [Приложение А-2].

Для нашего случая . Отсюда, подставив, в уравнение 5 находим

.

Оптимальное флегмовое число найдем из условия получения минимального объема колонны, пропорционального произведению n(R+1), где n - число ступеней изменения концентрации (теоретическое число тарелок).

Расчет оптимального флегмового числа выполняем следующим образом:

а) задаемся рядом значений коэффициентов избытка флегмы в пределах от 1.1 до 5.0; определяем рабочее флегмовое число

,



и величину отрезка

(6)

б) откладываем отрезок В на оси ординат и проводим линии рабочих концентраций верхней и нижней частей колонны;

в) между равновесной и рабочей линиями в пределах концентраций и строим ступени, каждая из которых соответствует теоретической тарелке;

г) при каждом значении определяем число теоретических тарелок n и величину произведения n(R+1) [Приложение А-2]

Результаты расчета сводим в таблицу 2.

Таблица 2 -Данные для расчета оптимального флегмового числа

			n	n(R+1)
1,1	0,42	0,5	9	12,78
1,5	0,57	0,46	7	10,99
1,9	0,72	0,42	6	10,32
2,4	0,91	0,38	5	9,55
2,9	1,10	0,34	5	10,50

По данным таблицы 2 строим график зависимости n(R+1)=f(R) и находим минимальное значение величины n(R+1). Ему соответствует оптимальное флегмовое число Rопт=0.91[Приложение А-3].

Эту величину и принимаем в дальнейших расчетах за оптимальное рабочее число флегмы. Число ступеней изменения концентраций при этом равно 5 и коэффициент избытка флегмы

Строим диаграмму y-x для изображения рабочих линий при действительном флегмовом числе [Приложение А-4].



2.2 Определение скорости пара и диаметра колонны

1 Рассчитываем средние концентрации низкокипящего компонента в жидкости и паре, затем определяем средние температуры жидкости и пара по высоте колонны.

Определяем средние концентрации циклогексана в жидкости:

а) в верхней части колонны

средняя массовая концентрация:

(7)

средняя мольная концентрация:

б) в нижней части колонны

средняя массовая концентрация:

средняя мольная концентрация:

2 Средние температуры жидкости определяем по диаграмме t-x,y [Приложение А-1]

При tж.в= 75°C

При tж.н.= 83°C

3 Средняя плотность жидкости по высоте колонны определяется по уравнению

(8)

где - плотности низкокипящего и высококипящего компонентов при средней температуре в колонне, соответственно, кг/м3:[2,468]

а) в верхней части колонны

б) в нижней части колонны

Для колонны в целом

4 Определяем средние концентрации циклогексана в паре:

а) в верхней части колонны

Где находим из диаграммы

б) в нижней части колонны

где

5 Средние температуры пара определяем по диаграмме t-x,y

При tж.в= 78,5°C

При tж.н.= 89°C

6 Средние молекулярные массы и плотности пара:

а) в верхней части колонны

средняя молекулярная масса пара

кг/кмоль (9)

средняя плотность пара

(10)

б) в нижней части колонны

средняя молекулярная масса пара

средняя плотность пара

Тогда средняя плотность пара в колонне

7 Выбираем тип насадки [1]. В качестве насадки используем кольца Рашига 35х35х4 мм. Удельная поверхность насадки =140 м2/м3, свободный объем =0,78м3/м3.

Скорость пара в обычных насадочных колоннах, работающих в условиях начала затопления насадки и появления эмульгационного слоя (т.е. в режиме точки инверсии фаз) определяется по уравнению



(11)

где ,- плотности пара и жидкости ;

- динамический коэффициент вязкости жидкости, Па с;

- динамический коэффициент вязкости воды при 20°C, Па с;

- отношение массовых расходов жидкости и пара кг/кг

- ускорение свободного падения м/

8 Динамический коэффициент вязкости жидкости

(12)

а) в верхней части колонны при t=75°C

[2]

(13)

б) в нижней части колонны при t=83°C

[ 2]

9 Отношение массовых расходов жидкости и пара

а) в верхней части колонны



(14)

б) в нижней части колонны

(15)

где ,

откуда .

Теперь можем рассчитать предельную скорость пара в верхней части колонны по уравнению 11.

Предельная скорость пара в нижней части колонны равна

Примем рабочую скорость пара на 25% ниже предельной, тогда рабочая скорость[1,56] :

в верхней части колонны

в нижней части колонны

10. Средние массовые потоки пара:

в верхней части колонны

кг (16)

в нижней части колонны

кг

11. Определяем диаметр верхней части колонны

(17)

Диаметр нижней части колонны

.

Принимаем стандартный размер обечайки одинаковым для обеих частей колонны [3,197], при этом действительная скорость пара в колонне:

в верхней части

в нижней части

12. Для обычных насадочных колонн определяется плотность орошения, затем рассчитывается оптимальная плотность орошения по формуле

(18)



где - удельная поверхность насадки, b- поправочный коэффициент, для процесса ректификации b=0,065[1,57]

Фактическая плотность орошения для верхней части колонны равна

где (19)

Отношение

(20)

Коэффициент смачиваемости насадки

Фактическая плотность орошения для нижней части колонны равна

Отношение

Коэффициент смачиваемости насадки .

Таким образом , насадка орошается полностью в верхней и нижней частях колонны.

Кроме того, равномерное смачивание насадки соблюдается при соотношении диаметра элемента насадки, если Для нашего случая соблюдается и это условие .



2.3 Определение высоты насадки

Высота слоя насадки в обычных насадочных колоннах, работающих при оптимальном режиме, может быть определена по следующему уравнению:

(21)

Где - общее число единиц переноса (ЧЕП) по паровой фазе;

- общая высота единицы переноса, м.

(22)

Обычно этот интеграл определяют численными методами. Решим его методом графического интегрирования.

(23)

Где - площадь, ограниченная кривой, ординатами и и осью абцисс (см. пр.А-5);

- масштабы осей координат.

Для этого по диаграмме х-у снимают значемния рабочих концентраций х,у и соответствующих им равновесных концентраций Эти значения заносят в таблицу 3, рассчитывают значение 1/(y*-y) и строят графическую зависимость 1/(y*-y)=f(y).

циклогексан пропиловый спирт колонна



Таблица 3 - Значения рабочих и соответствующих им равновесных концентраций

x	y	y*	y*-y	1/(y*-y)
0,070	0,070	0,280	0,210	4,76
0,125	0,260	0,460	0,260	3,85
0,180	0,465	0,550	0,085	11,76
0,250	0,495	0,610	0,115	8,69
0,325	0,525	0,655	0,130	7,69
0,400	0,565	0,690	0,125	8,00
0,500	0,615	0,710	0,095	10,53
0,575	0,650	0,725	0,075	13,33
0,650	0,685	0,730	0,045	22,22
0,720	0,720	0,730	0,010	100

По приложению А-5 находим общее число единиц переноса верхней и нижней частях колонны

Определение высоты единицы переноса.

Общую высоту единиц переноса определяют по уравнению

(24)

Где , - частные высоты единиц переноса соответственно в жидкой и паровой фазах;

- средний коэффициент распределения в условиях равновесия для соответствующей части колонны.

Отношение нагрузок по пару и жидкости:

для верхней части колонны



для нижней части колонны

Найдем средний коэффициент распределения в условиях равновесия для соответствующей части колонны.

(25)

где

Результаты расчетов тангенса угла наклона сводим в таблицу 4 .

Таблица 4- Параметры необходимые для расчета среднего коэффициента распределения

Х	0,07	0,125	0,18	0,25	0.325	0,40	0,50	0,575	0,65	0,72
	3,8	1,54	0,67	0,39	0,33	0,16	0,10	0,05	0,03	0,01

Средний коэффициент распределения в верхней части колонны

Средний коэффициент распределения в нижней части колонны

Определение высоты единиц переноса в жидкой фазе

(26)

Где - коэффициент, зависящий от массовой плотности орошения L;

- коэффициент, зависящий от отношения рабочей скорости пара к предельной [3, с. 233];

Z - высота слоя насадки одной секции, Z=3 м

- критерий Прандтля для жидкости.

Для нашего случая

в верхней части колонны

В нижней части колонны

Определим критерий Прандтля для жидкости

, (27)

где - коэффициент молекулярной диффузии в жидкости, м2/с;

динамический коэффициент вязкости жидкости, Па с;

плотность жидкости, кг/м3

Определение коэффициента диффузии

Коэффициент диффузии пара в жидкости (при соответствующей температуре) связан с коэффициентом диффузии следующей приближенной зависимостью

(28)

в которой температурный коэффициент может быть определен по эмпирической формуле

(29)

где динамический коэффициент вязкости жидкости при 20 °C, Па с.

Определим коэффициент диффузии циклогексана в пропиловом спирте при t=20 °C

Где - коэффициент, зависящие от свойств растворенного вещества

и растворителя, ;

- мольные объемы компонентов в жидком состоянии

при температуре кипения [2, 288];

- вязкость жидкости при 20 [2, с.15].

для верхней части колонны

;

для нижней части колонны

По формуле 29 определим температурный коэффициент

для верхней части колонны

для нижней части колонны

Коэффициент диффузии циклогексана в пропиловом спирте при соответствующей температуре в колонне определяем по формуле 28:

в верхней части колонны

в нижней части колонны

Определим критерий Прандтля жидкости по формуле 27

в верхней части колонны

,

в нижней части колонны

Таким образом, высота единиц переноса, определяемая по формуле 26 :

для верхней части колонны

для нижней части колонны

Высота единиц переноса в паровой фазу hy определяется по формуле:

(30)

Где -критерий Прандтля для пара;

плотность орошения , кг/м2 с;

диаметр колонны, м;

Где - коэффициент поверхностного натяжения для верха и низа

соответственно при температуре верха и низа колонны, [2, с.16].

для нашего случая

и

Определим плотность орошения

для верхней части колонны

для нижней части колонны

Поправочные коэффициенты

для верхней части колонны

=3,2

для нижней части колонны

=3,19

Определим коэффициент диффузии в паровой фазе

Для верхней части колонны

(31)

Где - средняя температура в соответствующей части колонны, К;

- абсолютное давление в колонне, Па.

Для нижней части колонны

Аналогично как и для жидкости определим критерий Прандтля в паровой фазе :

в верней части колонны

в нижней части колонны

Таким образом, высота единиц переноса в паровой фазе определяется по формуле 30:

в верхней части колонны

в нижней части колонны

По уравнению 24 находим общую высоту единиц переноса

для верхней части колонны

для нижней части колонны

Высота насадки в верхней и нижней частях колонны, соответственно, равны

по уравнению 21.

Определение общей высоты насадки в колонне

(32)

С учётом того, что высота слоя насадки одной секции 3 м, общее число секций в колонне составляет n=8 (6 секций в верхней части и 2 - в нижней).

Определение общей высоты колонны

(33)

Где - общее число секций;

- высота промежутков между секциями насадки, в которых устанавливают распределители жидкости,

- соответственно высота сепарационного пространства над насадкой и расстояние между днищем колонны и насадкой [3, 235].

Подставив, данные в уравнение 33 получаем

2.4 Определение гидравлического сопротивления насадки

Гидравлическое сопротивление насадочных колонн для систем газ-жидкость и пар - жидкость в точке инверсии может быть рассчитано по формуле

(34)

Определение гидравлического сопротивления сухой насадки

(35)

Где - коэффициент сопротивления сухой насадки;

- эквивалентный диаметр насадки [3,196].

Определение критерия Рейнольдса для газа

(36)

Следовательно, режим движения турбулентный.

Определение коэффициента сопротивления сухой насадки

(37)

Определяем гидравлическое сопротивление орошения насадки по уравнению 34

Определение общего гидравлического сопротивления орошаемой насадки

2.5 Тепловой расчет ректификационной колонны

Расход теплоты, получаемой кипящей жидкостью от конденсирующегося пара в кубе-испарителе колонны



, (38)

где расход теплоты, отнимаемой охлаждающей водой от конденсирующихся в дефлегматоре паров, Вт;

- тепловые потери колонны в окружающую среду, Вт;

- теплоёмкости соответственно дистиллята, кубовой жидкости и исходной смеси, Дж/кг К [2, с. 18]

Значения теплоемкостей, необходимые для расчета, находим по формуле

(39)

Температура смеси tF=81, кубового остатка tW=89 и дистиллята tD=74; теплоемкости циклогексана и пропилового спирта при этих температурах определяем по номограмме ХI [2].

Теплоемкости смесей:

Количество тепла, отнимаемого охлаждающей водой от конденсирующегося в дефлегматоре пара

Вт (40)

где - удельная теплота конденсации паров дистиллята [2, с. 20]

кДж/кг

Тепловые потери колонны в окружающую среду

(41)

где - температура наружной поверхности стенки колонны, принимаем ; [1]

температура воздуха в помещении, ;

суммарный коэффициент теплоотдачи конвекцией и излучением, Вт/(м2К) :

(42)

наружная поверхность изоляции колонны, определяем ее по формуле

м2

Потери тепла в окружающую среду определяем по формуле 41

Расход тепла в кубе колонны с учетом тепловых потерь находим по формуле 8

Расход греющего пара ( давление рабс=6,303 ат, влажность 5%)

(43)

Расход воды в дефлегматоре при нагревании ее на 20

(44)

Расход воды в холодильнике дистиллята при нагревании ее на на 20

(45)



Расход воды в холодильнике кубового остатка при нагревании ее на на 20

(46)

Общий расход воды в ректификационной установке :

Объем воды:

Vв ==94,6 м3/ч (47)

Расчет тепловой изоляции колонны

В качестве изоляции берем асбест (). Исходя из упрощенного соотношения (для плоской стенки) имеем

(48)

где толщина изоляции,м;

температура внутренней поверхности изоляции, принимаем ее ориентировочно на 10-20 ниже средней температуры в колонне .

Определяем толщину изоляции:



Проверяем температуру внутренней поверхности изоляции

(49)

расхождение 81,004-81=0,004 < 1,0



3. Расчет вспомогательного оборудования

3.1 Подбор и расчёт холодильника для дистиллята

Рисунок 1-Охлаждение дистиллята от температуры кипения до 25

Направляем в трубное пространство смесь циклогексана и пропилового спирта, в межтрубное - воду. Задаёмся схемой движения теплоносителей - противоток.

Определение средней разности температур

(50)

2. Запишем уравнения теплового баланса:

(51)

[2,478]

3. Определим ориентировочную площадь поверхности

(52)

4. Посчитаем число труб и предварительно подберем теплообменник для Re >104

(53)

Найдем объемный расход циклогексана и воды

(54)

Определим скорость воды

(55)

Определим число труб по формуле 53

По таблице выбираем 6-ти ходовой теплообменник с 196-и трубам, площадью поверхности F=91 м2 , где Sв =3,7* 10-3 [2,196].

5. Считаем критерий Рейнольдса для воды

где число труб

6. Определяем критерий Нуссельта

[2] (56)

Из формулы выразим :

где [2,479].

7. Найдем коэффициент теплоотдачи для воды

(57)

где [2,477].

8. Рассчитаем критерии Рейнольдса, Нуссельта и коэффициент теплоотдачи для циклогексана

Найдем скорость циклогексана по межтрубному пространству

следовательно режим переходный.

[2,477]

9. Определение термического сопротивления стенки с учётом загрязнений с обоих сторон

(58)

где - толщина стенки трубки;

- коэффициент теплопроводности стали [2, т. XXVIII];

- тепловая проводимость загрязнений стенок со стороны пара,

[2, т. XXХI];

- тепловая проводимость загрязнений стенок со стороны

смеси циклогексан - пропиловый спирт [2, т. XXХI].

10. Найдем значение коэффициента теплоотдачи

11. Определим плотность теплового потока

(59)

12 Найдем значение поверхностей стенок, соприкасающихся с водой и циклогексаном

Составляем схему теплопроводности через стенку рис.2

Рисунок 2. Схема теплопроводности через стенку.

12. Критерий Прандтля для стенок

Pr1cт=6

Pr2cт=2,7

13. Подсчитаем новые уточненные значения коэффициентов теплоотдачи

14. Определяем уточненные значения К, q, tст. подставив новые значения коэффициентов теплоотдачи



Произведем сравнение и .

17. Найдем значение расчетной площадки теплообменника

28,96 м2

10% запас теплообменной поверхности

м2

Выбираем 6-ти ходовой теплообменник [2,196] c числом труб n=196, длиной труб L=6 м, и площадью поверхности F=91 м2

3.2 Подбор и расчет подогревателя

Рис.3 Схема изменения температур исходной смеси и теплоносителя

Найдем

Теперь найдем расход греющего пара подогревателя

Определим

Теперь можем посчитать площадь поверхности подогревателя подставив значения в основное уравнение теплопередачи 52

(60)

коэффициент теплоотдачи. [2]

С запасом 10-15 % подбираем подогреватель по каталогу [2] одноходовой теплообменник

Основные характеристики теплообменника:

поверхность теплообмена……………………..260 м2

диаметр кожуха………………………………..1200мм

число труб………………………………………1125

длина труб……………………………………….3 м

3.3 Подбор и расчет кипятильника

Коэффициент теплоотдачи .

Рассчитаем площадь поверхности кипятильника



С запасом 10-15 % подбираем кипятильник по каталогу [2,447] одноходовой теплообменник.

Основные характеристики теплообменника:

поверхность теплообмена……………………..260 м2

диаметр кожуха………………………………..1200мм

число труб………………………………………1125

длина труб……………………………………….3 м

3.4 Подбор и расчет дефлегматора

В дефлегматоре конденсируется циклогексан с небольшим количеством пропилового спирта. Температура конденсации паров дистиллята

Составляем температурную схему процесса и определяем движущую силу процесса теплоотдачи:

Рис.4. Схема изменения температур паров циклогексана и пропилового спирта и воды

Коэффициент теплоотдачи [2,144]

Количество тепла, отнимаемого охлаждающей водой от конденсирующегося в дефлегматоре пара

Поверхность дефлегматора находим из основного уравнения теплопередачи

С запасом 10-15 % подбираем дефлегматор по каталогу [2,194] одноходовой теплообменник.

Основные характеристики теплообменника:

поверхность теплообмена……………………..109 м2

диаметр кожуха………………………………..800мм

число труб………………………………………465

длина труб……………………………………….3 м

3.5 Подбор и расчет холодильника для кубового остатка

В холодильнике кубового остатка происходит охлаждение кубовой жидкости от температуры кипения до 30 .

Составляем температурную схему процесса и определяем движущую силу процесса теплоотдачи

Рис.5. Схема изменения температур паров циклогексана кубового остатка и воды

Коэффициент теплоотдачи [2,144]

Количество тепла, отнимаемого охлаждающей водой от кубового остатка

(61)

Поверхность теплообмена холодильника кубовой жидкости находим из основного уравнения теплопередачи

С запасом 10-15 % подбираем холодильник кубовой жидкости по каталогу [2,195] четырех ходовой теплообменник.

Основные характеристики теплообменника:

поверхность теплообмена……………………..310 м2

диаметр кожуха………………………………..1200мм

число труб………………………………………986

длина труб……………………………………….4 м

4. Расчёт штуцеров

Рис.6 .

4.1 Вход флегмы

Определение диаметра штуцера для входа флегмы

(62)

массовый расход флегмы

Принимаем

Принимаем штуцер [2,17]

наружный диаметр……………………………………..76мм

толщина стенки………………………………………..4мм

материал…………………………………………….…..У

4.2 Выход паров дистиллята

Принимаем

Объемный расход паров дистиллята

Диаметр

Принимаем штуцер [2,17]

наружный диаметр……………………………………..377мм

толщина стенки………………………………………..10 мм

материал…………………………………………….…..У

4.3 Вход паров высококипящего компонента

Принимаем Объемный расход паров дистиллята

Диаметр:



Принимаем штуцер [2,17]

наружный диаметр…………………………………..426мм

толщина стенки……………………………………..11 мм

материал………………………………………………..У

4.4 Выход кубового остатка

Принимаем Диаметр

Принимаем штуцер [2,17]

наружный диаметр……………………………………..159мм

толщина стенки…………………………………….…..7 мм

материал………………………………………………..У

4.5 Вход исходной смеси

Принимаем Диаметр:

Где

Принимаем штуцер [2,17]

наружный диаметр……………………………………..76мм

толщина стенки…………………………………………..4 мм

материал………………………………………………....У

Заключение

В ходе курсового проекта был произведен расчёт насадочной ректификационной установки непрерывного действия для разделения смеси циклогексан-пропиловый спирт. Рассчитан теплообменный аппарат для подогрева исходной смеси.

Проведён расчёт материального и теплового баланса ректификационной установки, изучены кинетические закономерности процесса ректификации, подобраны конденсатор и кипятильник, произведен расчет диаметров штуцеров колонны.

В результате чего была подобрана ректификационная колонна со следующими характеристиками: высота колонны H=41 м, диаметр колонны d=1,2 м. Подобран кожухотрубчатый теплообменный аппарат с поверхностью теплообмена F=91 м2



Список использованных источников

1 Борисова Т.В., Шайхатдинова М.Н., Воронин С.М. Расчет ректификационной колонны с различными контактными устройствами: учеб. пособие. Красноярск: Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2001.87 с.

2 Методы расчета процессов и аппаратов химических технологий(примеры и задачи) / П.Г. Романков [и др.]. СПб., 2007. 496 с.

3 Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию / Ю. И. Дытнерский [и др.]. отв. ред. Ю. И. Дытнерский, 2-е изд., перераб. и дополн. М.: Химия, 2004. 496 с.

4 Рабинович В.А., Хавин З.Я. "Краткий химический справочник" Л.: Химия, 2001. 160 с.

Размещено на Allbest.ru

...