Разработка проекта ректификафионной установки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Департамент научно-технологической политики и образования

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Красноярский государственный аграрный университет

Институт пищевых производств

Кафедра «технология, оборудования бродильных и пищевых производств»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Спроектировать ректификационную установку

Выполнил

Студент гр. ТК-45 Кычкина С.С.

Принял

Преподаватель Тепляшин В.Н.

Красноярск 2014

Реферат

Пояснительная записка 35с., 1рис., 15 источников, 125 формул.

ПРОЦЕСС РЕКТИФИКАЦИИ, РЕКТИФИКАЦИОННАЯ КОЛОННА, ПОДОГРЕВАТЕЛЬ, НАСОС, ТРУБОПРОВОД.

Объектом исследования является установка, используемая для ректификации этилового спирта до температуры кипения и испарения с целью получения паров этилового спирта.

Цель работы - рассчитать и подобрать ректификационную установку, подогреватель, насос и трубопровод.

В результате проведенной работы рассчитаны и подобраны: подогреватель - одноходовой теплообменник с поверхностью 9 м2, диаметр кожуха 273 мм, число труб 37, длина труб 3 м., и вакуум-насос типа ВВН - 25, остаточное давление мм рт. ст. = 15, производительность 25 м3/сек, мощность на валу 48 кВт. Рассчитаны диаметры паровых и сырьевых трубопроводов.

Графическая часть проекта представлена технологической схемой установки и чертежом теплообменного аппарата.

Содержание

Введение

1.Физико-химические свойства

2.Описание технологической схемы

3.Технологические расчеты

3.1 Расчет подогревателя

3.2 Расчет ректификационной насадочной колонны

4.Расчет вспомогательного оборудования

4.1 Расчет центробежного насоса

4.2 Расчет трубопровода

Заключение

Библиографический список

Введение

В курсовом проекте приведены результаты расчета ректификационной установки для разделения смеси этиловый спирт - вода. Целью которого является определение основных размеров расчета ректификационной установки и технологические расчеты. В расчет вспомогательного оборудования входит: расчет центробежного насоса и его подбор, расчет трубопровода и подогревателя. По результатам расчета, по нормалям подбирают стандартное оборудование.

Курсовой проект содержит расчетно-пояснительную записку из 35 страниц текста, 125 формул 15-литературных источников и графическую часть из 2 листов формата А1.

1. Физико-химические свойства

Этиловый спирт (этанол) С2Н5ОН - бесцветная жидкость, легко испаряющаяся (температура кипения 64, 7 єС, температура плавления - 97,8 єС, оптическая плотность 0,7930). Спирт, содержащий 4-5 % воды, называют ректификатом, а содержащий только доли процента воды - абсолютным спиртом. Такой спирт получают химической обработкой в присутствии водоотнимающих средств (например, свежепрокаленного СаО). Как у всех кислородосодержащих соединений, химические свойства этилового спирта определяются, в первую очередь, функциональными группами и, в известной степени, строением радикала. Характерной особенностью гидроксильной группы этилового спирта является подвижность атома водорода, что объясняется электронным строением гидроксильной группы. Отсюда способность этилового спирта к некоторым реакциям замещения, например, щелочными металлами. С другой стороны, имеет значение и характер связи углерода с кислородом. Вследствие большой электроотрицательности кислорода по сравнению с углеродом, связь углерод-кислород также в некоторой степени поляризована с частичным положительным зарядом у атома углерода и отрицательным у кислорода. Однако, эта поляризация не приводит к диссоциации на ионы, спирты не являются электролитами, а представляют собой нейтральные соединения, не изменяющие окраску индикаторов, но они имеют определенный электрический момент диполя. Спирты являются амфотерными соединениями, то есть могут проявлять как свойства кислот, так и свойства оснований.

Физико-химические свойства спиртов определяются в основном строением углеводородной цепи и функциональной группы ?OH, а также их взаимным влиянием:

1) Чем больше заместитель, тем сильнее он влияет на функциональную группу, снижая полярность связи O-Н. Реакции, основанные на разрыве этой связи, протекают более медленно.

2) Гидроксильная группа ?ОН уменьшает электронную плотность вдоль прилегающих связей углеродной цепи (отрицательный индуктивный эффект).

Все химические реакции спиртов можно разделить на три условных группы, связанных с определёнными реакционными центрами и химическими связями:

- Разрыв связи O?H;

- Разрыв или присоединение по связи С?OH;

- Разрыв связи ?СOH.

Реакция начинается с атаки ионом водорода того углеродного атома, который связан с большим числом водородных атомов и является поэтому более электроотрицательным, чем соседний углерод. После этого к соседнему углероду присоединяется вода с выбросом Н+. Этим методом в промышленном масштабе готовят этиловый, втор-пропиловый и трет-бутиловый спирты. Для получения этилового спирта издавна пользуются различными сахаристыми веществами, например, виноградным сахаром, или глюкозой, которая путем «брожения», вызываемого действием ферментов (энзимов), вырабатываемых дрожжевыми грибками, превращается в этиловый спирт. Спирты могут быть получены из самых разных классов соединений, таких как углеводороды, алкилгалогениды, амины, карбонильные соединения, эпоксиды.

Существует множество методов получения спиртов, среди которых выделим наиболее общие:

- реакции окисления - основаны на окислении углеводородов содержащих кратные или активированные C?H связи;

- реакции восстановления - восстановление карбонильных соединений: альдегидов, кетонов, карбоновых кислот и сложных эфиров;

- реакции гидратации - кислотно-катализируемое присоединение воды к алкенам (гидратация);

- реакции присоединения;

- реакции замещения (гидролиза) - реакции нуклеофильного замещения, при которых имеющиеся функциональные группы замещаются на гидроксильную группу;

- синтезы с использованием металлорганических соединений;

Этиловый спирт широко используют в различных областях промышленности и прежде всего в химической. Из него получают синтетический каучук, уксусную кислоту, красители, эссенции, фотопленку, порох, пластмассы. Спирт является хорошим растворителем и антисептиком. Поэтому он находит применение в медицине. Основным спиртом, используемых в медицинских целях, является этанол. Его используют в качестве наружного антисептического и раздражающего средства для приготовления компрессов и обтираний. Ещё более широко применяется этиловый спирт для приготовления различных настоек, разведений, экстрактов и прочих лекарственных форм. Спирты довольно широко используются в качестве душистых веществ для составления композиций в парфюмерно-косметической промышленности. В пищевой промышленности широкое применение спиртов общеизвестно: основой всех алкогольных напитков является этанол, который получается при сбраживании пищевого сырья - винограда, картофеля, пшеницы и прочих крахмало- или сахаросодержащих

продуктов. Кроме того, этиловый спирт используется в качестве компонента (растворителя) некоторых пищевых и ароматических эссенций (ароматизаторов), широко используемых в кулинарии, при выпечке кондитерских изделий, производстве шоколада, конфет, напитков, мороженного, варений, желе, джемов, конфитюров и пр. Однако, этиловым, список спиртов, используемых в индустрии продуктов питания, не ограничивается. Спирты можно встретить среди самых разных пищевых добавок Этиловый спирт - сильный наркотик. Попадая в организм, он быстро всасывается в кровь и приводит организм в возбужденное состояние, при котором человеку трудно контролировать свое поведение. Употребление спирта часто является основной причиной тяжелых дорожно-транспортных аварий, несчастных случаев на производстве и бытовых преступлений. Спирт вызывает тяжелые заболевания нервной и сердечно-сосудистой систем, а также желудочно-кишечного тракта. Спирт опасен в любой концентрации (водка, настойки, вино, пиво и т.д.). Этиловый спирт, применяемый для технических целей, специально загрязняют дурно пахнущими веществами. Такой спирт называют денатуратом (для этого спирт подкрашивают, чтобы отличить его от чистого спирта).

2. Описание технологической схемы

Принципиальная схема ректификационной установки представлена на рисунке 2.1. Исходная смесь из промежуточной емкости 1 центробежным насосом Н подается в подогреватель П, где нагревается до температуры кипения. Нагретая смесь поступает в ректификационную колонну КР на тарелку питания, где состав жидкости равен составу исходной смеси ХF. Стекая по колонне вниз, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, который образуется при кипении кубовой жидкости в кипятильнике К. Начальный состав пара примерно равен составу кубовой жидкости ХW, т.е. обеднен легколетучим компонентом. В результате массообмена с жидкостью пар обогащается легколетучим компонентом. Для более полного обогащения верхняя часть колонны орошается в соответствии с заданным флегмовым числом, флегмой состава ХД, которая получается в дефлегматоре Д путем конденсации пара, выходящего из колонны. Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения - дистиллята, который охлаждается в холодильнике Х2 и направляется в промежуточную емкость Е3. Из кубовой части колонны насосом непрерывно выводится кубовая жидкость - продукт, обогащенный высококипящим компонентом, который охлаждается в теплообменнике Х1 и направляется в емкость Е2.

Рисунок 2.1 Схема ректификационной установки:

H - центробежный насос; П - подогреватель; КР - ректификационная колонна;; К - кипятильник; Д - дефлегматор; Х2 - холодильник; Х1 - теплообменник; E1, E2, E3 - емкость

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

3. Технологические расчеты

3.1 Расчет подогревателя

Рассчитать горизонтальный кожухотрубчатый теплообменник для нагрева 1,5 кг/с 18% этилового спирта от 20 до 60 0С. Греющий водяной насыщенный пар имеет абсолютное давление p=1атм. В водяном паре содержится 0,5 % воздуха.

Температура конденсации tконд = 108,45

Температурная схема

108,45 - 108,45

20 - 60

?tб = tконд - tн = 108,45 - 20 = 88,45 (3.1)

?tм = tконд - tк = 108,45 - 60 = 48,45 (3.2)

(3.3)

(3.4)

Средняя температура этилового спирта

t2 = tконд - ?tср = 108,45 - 66,45 = 42 (3.5)

Объемный расход этилового спирта

G2 = 1,5 кг/с ; V2 = G2/с2 = 1,5/957 = 0,0016 м3/с (3.6)

Расход теплоты на нагрев этилового спирта

Q = G2*c2(tк -tн) = 1,5*4311*(60 - 20) = 258,66 (3.7)

Расход сухого греющего пара с учетом 5% потерь теплоты

(3.8)

Определим максимальную величину площади поверхности теплообменника

(3.9)

Определение скорости спирта

Rе > 10000 скорость в трубах должна быть больше щ2, м/с

(3.10)

(3.11)

Подбираем теплообменник n<9,2; Fмакс<4,8 - одноходовой теплообменник диаметром кожуха 273 мм, числом труб на один ход 37

Расчет коэффициента теплоотдачи для этилового спирта

Уточнение значения критерия Рейнольдса

Rе2=10000*(9,2 / 37) = 2486,5 (3.12)

Критерий Прандтля для этилового спирта при температуре t2 = 42

(3.13)

Расчет критерия Нуссельта

Nu2=0,021(Re2)0,8(Pr2)0,43(Pr2/Prст.2)0,25е1=0,021(2486,5)0,89,10,43=28,2 (3.14)

Рассчитаем коэффициенты теплоотдачи

Вт/(м2 к) (3.15)

Коэффициент теплоотдачи при конденсации водяного пара на пучке горизонтальных труб:

б1 = 2,02*е*еr*Bt*(n/G1)1/3*L1/3 =

= 2,02*0,6*1043*(9,2/1,5)1/3*2 = 2584,4 (3.16)

Коэффициент теплопроводности стали лст =46,5 Вт/м*К

(3.17)

Коэффициент теплопередачи

(3.18)

Расчетная площадь поверхности теплообмена

(3.19)

Выбираем одноходовой теплообменник с поверхностью 9 м2, диаметр кожуха 273 мм, число труб 37, длина труб 3 м.

3.2. Расчет ректификационной насадочной колонны

Рассчитать ректификационную установку для разделения смеси этиловый спирт - вода. Содержание низкокипящего компонента в дистилляте xd = 72% мольных, в исходной смеси xf = 18% мольных, в кубовом остатке xw = 1% мольных. Производительность насадочной колонны по дистилляту Gd = 1,4 кг/с. Давление в колонне атмосферное.

Материальный баланс

(3.20)

Мольная масса этилового спирта Ma = 46 кг/моль, мольная масса воды

Mв = 18 кг/моль

(3.21)

(3.22)

(3.23)

Средние массовые концентрации низкокипящего компонента в верхней части колонны

(3.24)

в нижней части колонны

(3.25)

Массовый расход исходной смеси Gf, кг/с, определим по формуле

(3.26)

Массовый расход кубового остатка, Gw, кг/с, определим по формуле

Gw = Gf - Gd = 3,74 - 1,5 = 2,24 кг/с (3.27)

Средние мольные концентрации жидкости в верхней части колонны

(3.28)

в нижней части колонны

(3.29)

Средние концентрации пара находим по уравнениям рабочих линий

в верхней части колонны

y? cp = 0,54*x? cp + 0,34 = 0,54*0,45 + 0,34 = 0,58 (3.30)

в нижней части колонны

y? cp = 3,23*x? cp - 0,11 = 3,23*0,095 - 0,11 = 0,19 (3.31)

при y? cp = 0,58 , t? cp = 82 ?C (3.32)

при y? cp =0,19 , t? cp = 94 ?C (3.33)

Средние мольные массы и плотности пара

M? cp = y? cp*Mэ.с. + (1 - y? cp )*Mводы (3.34)

Mэ.с. - мольная масса этилового спирта, Mэ.с. = 46 кг/кмоль; Mводы - мольная масса воды, Mводы = 18 кг/кмоль.

M? cp = 0,58*46 + (1 - 0,58)*18 = 32,24 кг/кмоль (3.35)

(3.36)

T? cp = 273 + 82 = 355 К (3.37)

(3.38)

M? cp = y? cp*Mэ.с. + (1 - y? cp )*Mводы

M? cp = 0,19*46 + (1 - 0,19)*18 = 23,32 кг/кмоль (3.39)

(3.40)

T? cp =273 + 94 = 367 К (3.41)

(3.42)

Md = xd*Mэ.с. + (1 - xd)*Mводы

Md= 0,72*46 + (1 - 0,72)*18 = 38,16 кг/кмоль (3.43)

Плотность жидкой смеси рассчитываем по формуле

(3.44)

са ,св - плотности низкокипящего и высококипящего компонентов при средней температуре в колонне, кг/м3.

Плотность этилового спирта и воды при t? cpж = 79,5 ?C, са = 735 кг/м3, св = 972 кг/м3

в верхней части колонны

(3.45)

в нижней части колонны при t? cpж = 86,5 ?С

(3.46)

Динамический коэффициент вязкости жидкости µсм.ж, мПс, определяется по формуле

(3.47)

где µА,µB - динамические коэффициенты вязкости этилового спирта и воды, мПас.

В верхней части колонны динамические коэффициенты вязкости этилового спирта и воды при t? cpж = 79,5 ?C и x? cp, равны µА = 0,43510-3 Пас, µB = 0,3610-3 Пас. Подставляя значения в формулу, получим

µcp.жв = (0,43510-3)0,61 (0,3610-3)(1-0,61) = 0,410-3 Пас (3.48)

В нижней части колонны динамические коэффициенты вязкости этилового спирта и воды при t? cpж = 86,5 ?С и x? cp, равны µА = 0,410-3 Пас, µB = 0,3310-3 Пас.

µcp.жв = (0,410-3)0,19*(0,3310-3)(1-0,19) = 0,3410-3 Пас (3.49)

Средняя мольная масса жидкости в колонне Мcp.ж, кг/моль, определяется по формуле

Мcp.ж = xcp *MA +(1- xcp)*MB (3.50)

Для верхней части колонны

Мcp.жв =0,61*46 + (1 - 0,61)*18 = 35,1 кг/кмоль (3.51)

Для нижней колонны

Мcp.жн =0,19*46 + (1 - 0,19)*18 = 23,3 кг/кмоль (3.52)

Мольная масса исходной смеси

Мf = 46*0,18 + (1 - 0,18) = 9,1 кг/кмоль (3.53)

Средние массовые расходы по жидкости для верхней и нижней частей колонны определяются по уравнениям

(3.54)

(3.55)

Средние массовые потоки пара в верхней и нижней части колонны, равны

(3.56)

(3.57)

Расчет скорости пара в колонне

Скорость пара щ, м/с, в обычных насадочных колоннах, работающих в условиях начала затопления и появления эмульгационного слоя (т.е. в режиме точки инверсии фаз) определяют по уравнению

(3.58)

где сп ,сж - плотности пара и жидкости, кг/м3 ; у - удельная поверхность насадки , м2/м3 ; µсм.ж - динамический коэффициент вязкости жидкости, Пас ; µ - динамический коэффициент вязкости воды при 20 ?С, Пас ; g - ускорение свободного падания, м/с2 ; Vсв - свободный объем насадки, м3/м3 ; L?/G? -отношение массовых расходов жидкости и пара , кг/кг

В верхней части колонны

щп.в = 2,08 м/c (3.59)

В нижней колонне

щп.н = 1,98 м/c (3.60)

Примем рабочую скорость пара на 25% ниже предельной, тогда рабочая скорость:

в верхней части колонны 2,08*0,75 = 1,56 м/с

в нижней части колонны 1,98*0,75 = 1,48 м/с

Определение диаметра колонны

Диаметр колонны D, м, определяется по формуле

(3.61)

В верхней части колонны

(3.62)

В нижней части колонны

(3.63)

Принимаем стандартный диаметр Dк =1400 мм одинаковых для обеих частей колонны, при этом действительная скорость пара в колонне:

В верхней части колонны

(3.64)

В нижней части колонны

(3.65)

Для обычных насадочных колонн определяется плотность орошения, затем рассчитывается оптимальная плотность орошения Uопт, м3/мч, по формуле

Uопт = b*у (3.67)

где b - поправочный коэффициент, м3/мч; у - удельная поверхность насадки, м2/м3. Принимаем у = 140 м2/м3 и b = 0,065 м3/мч для процесса ректификации.

Uопт = 0,065*140 = 9,1 м3/мч (3.68)

Фактическая плотность орошения для верхней части колонны Uв, м3/мч, определяется по формуле

(3.69)

где LB - расход жидкости, проходящей в верхней части колонны, м3/с

(3.70)

Отношение

(3.71)

Коэффициент смачиваемости насадки ш = 0,52

Фактическая плотность орошения для нижней части колонны Uн, м3/мч, определяется по формуле

(3.72)

Отношение

(3.73)

Коэффициент смачиваемости насадки ш = 1,0

Таким образом, насадка орошается полностью в нижней части колонны и на 52% в верхней части.

Определение высоты колонны

Высота насадки колонны Hн, м, определяется по формуле

HH = nT hэкв (3.74)

где nT - число теоретических тарелок; hэкв - высота слоя насадки, эквивалентного одной ступени изменения концентраций или одной теоретической тарелки, м.

Число ступеней в верхней части колонны nТ.в = 7, в нижней части nТ.в = 2, всего 9 ступеней

В верхней части колонны

HН.В = 7*1,3 = 9,1 м (3.75)

В нижней части колонны

HН.Н = 2*0,8 = 1,6 м (3.76)

Общая высота насадки в колонне Нк, м, равна

Нк = ННв + ННн = 9,1 + 1,6 =10,7 м (3.77)

Высота слоя насадки в одной секции Z =3м, число секций в верхней части колонны n = 2, в нижней части колонны n = 1.

Общая высота ректификационной колонны Нк.общ, м, равна

Нк.общ = Z*п + ( п -1)hр + ZB + ZH (3.78)

где hp - высота промежутков между секциями насадки, м, ZB, ZH - высота сепарационного пространства над насадкой и расстояние между днищем колонны и насадкой, м.

Принимаем ZB = 0,8 м, ZH = 2 м, hр = 0,5 м.

Нк.общ = 3,185*2 + 1*1,6 + (3 -1)0,5 + 0,8 + 2 = 12,1 м (3.79)

Эквивалентную высоту насадки hэкв, м, определяют по формуле

(3.80)

где dэкв - эквивалентный диаметр насадки, м; Reп - критерий Рейнольдса для пара; G/L - отношение массовых расходов пара и жидкости, кг/кг; m - тангенс угла наклона равновесной линии.

В верхней части колонны

(3.81)

В нижней части колонны

(3.82)

Эквивалентный диаметр насадки dэкв, м, определяется по формуле

(3.83)

Критерий Рейнольдса для пара Reп определяется по формуле

(3.84)

где µп - коэффициент динамической вязкости смеси паров, Пас

В верхней части колонны

(3.85)

В нижней части колонны

(3.86)

Коэффициент динамической вязкости смеси паров µп, Пас, определяется по формуле

(3.87)

где µа ,µв - коэффициенты динамической вязкости паров этилового спирта и воды при средней температуре пара в верхней и нижней части колонны

В верхней колонне

(3.88)

В нижней колонне

(3.89)

Гидравлический расчет

Гидравлическое сопротивление насадочных колонн для систем газ-жидкость и пар-жидкость в точке инверсии (?ри/1)п-ж, н/(м2 *м), рассчитывается по формуле

(3.90)

где (?pu/1) - перепад давлений при наличии орошения в точке инверсии для той же скорости газа, как при сухой насадке (на 1 м ее высоты), н/(м2 *м); (?p/1) - сопротивление сухой насадки (на 1 м ее высоты), н/(м2 *м).

Сопротивление сухой насадки (?p/1), н/(м2*м), при Re>400, определяется по формуле

(3.91)

где л - коэффициент сопротивления сухой насадки в виде беспорядочно рассыпанных колец Рашига для турбулентного режима, который определяется

(3.92)

Сопротивление верхней части колонны

(3.93)

(3.94)

(3.95)

Сопротивление слоя насадки верхней части колонны ?pв, Па, определяется по формуле

(3.96)

Сопротивление нижней части колонны

(3.97)

(3.98)

(3.99)

Сопротивление слоя насадки нижней части колонны ?pн, Па, определяется по формуле

(3.100)

Общее сопротивление колонны ?p, Па, определяется по формуле

?p = ?pВ +?pН = 636,5 + 131,5 = 768 Па (3.101)

Тепловой расчет колонны

Расход теплоты, получаемый жидкостью от конденсирующего пара в кубе-испарителе колонны:

Qk =Qd + Gd *Cd*td + Gw*Cw*tw - Gf*Cf*tf + Qпотерь (3.102)

где Gd, Gw, Gf - расходы дистиллята, кубового остатка, исходной смеси, Gd = 1,5 кг/с, Gf = 3,74, Gw= 2,24; Cf, Cd, Cw - теплоемкости исходной смеси, дистиллята, кубовой жидкости, определим по формулам

Сf = Cэ.с.*x?f + Cводы(1- x?f)

Сf = 0,78*4190*0,36 + 4190*(1-0,36)= 3858 Дж/(кг К) (3.103)

где Сэ.с., Своды - теплоемкости этилового спирта и воды при tf = 84 ?C

Cw = Сэ.с. xw + Своды(1- xw)

Cw = 0,8*4190*0,025 + 4190*(1-0,025) = 4169 Дж/(кг К) (3.104)

где Сэ.с., Своды - теплоемкости этилового спирта и воды при tw = 93 ?C

Cd = Сэ.с.*x?d + Своды(1- x?d)

Cd = 0,76*4190*0,86 + 4190*(1-0,86) = 3325 Дж/(кг К) (3.105)

где Сэ.с., Своды - теплоемкости этилового спирта и воды при tw = 78,5 ?C

Qd - расход теплоты, отнимаемой охлаждающей водой от конденсирующихся в дефлегматоре паров, определим по формуле

Qd = Gd*(R+1)*rd

Qd = 1,5*(1,17+1)*1056,9*103 = 3440,2*103 Вт (3.106)

где rd - удельная теплота конденсации дистиллята, определим по формуле

rd = rэ.с. .*xd + rв*(1- xd)

rd = 846,4*0,86 + 2350*(1-0,86) = 1056,9 кДж/кг (3.107)

где rэ.с., rводы - удельные теплоты конденсации этилового спирта и воды, при td = 78,5 C, rэ.с. = 846,4 кДж/кг, rв = 2350кДж/кг

Qпотерь - тепловые потери колонны в окружающую среду, определим по формуле

Qпотерь = б*FH*(tст.н - tвоз) = 11,6*50*(40-20) = 11600 Вт (3.108)

где tст.н -температура наружной поверхности стенки колонны, принимаем tст.н = 40 ?С, tвоз - температура воздуха в помещении, принимаем tвоз = 20 ?С; б - суммарный коэффициент теплоотдачи конвекцией и излучением, определим по формуле

б = 9,3 + 0,058*tст.н = 9,3 + 0,058*40 = 11,6 кВт/(м2 К) (3.109)

FН - наружная поверхность изоляции колонны, определим по формуле

FН = р*D*H + 2*0,785*D2 = 3,14*1,4*10,7 + 2*0,785*1,42 = 50 м2 (3.110)

Qк = 3440,2*103 + 1,5*3325*78,5 + 2,24*4169*93 - 3,74*3858*84 + 11600

Qк = 3476575 Вт (3.111)

Расход греющего пара в кубе колонны определим по формуле

(3.112)

где rгр.п. - удельная теплота парообразования при p = 2 атм., rгр.п. = 2208 кДж/кг; х - степень сухости, принимаем х = 0,95

Расход тепла в подогревателе исходной смеси

Qf = Gf*Cf (tk - tн) = 3,74*3858 (60 - 20) = 577157 Вт (3.113)

Расход греющего пара в подогревателе равен

(3.114)

Общий расход греющего пара равен

Gг.п. = Gг.п.к + G? г.п. = 1,65 + 0,3 = 1,95 кг/с = 7020 кг/ч (3.115)

Расход воды в дефлегматоре при нагревании ее на 20 ?С определим по формуле

(3.116)

Расход воды в холодильнике дистиллята при нагревании ее на 20 ?С определим по формуле

(3.117)

где Сd = 0,785*4190*0,86 + 4190*0,025 = 2933,4 Дж/(кг К)

Расход воды в холодильнике кубового остатка при нагревании ее на 20 ?С определим по формуле

(3.118)

Общий расход воды в ректификационной установке

Gв = G/ в + G// в + G/// в = 41 + 2,5 + 6,7 = 50,2 кг/c (3.119)

спирт этиловый ректификация установка

4. Расчет вспомогательного оборудования

4.1 Расчет центробежного насоса

Производительность вакуум-насоса L определяется расходом неконденсированного газа, который необходимо удалять из барометрического конденсатора

(4.1)

где 0,025 - количество неконденсирующихся газов, выделяющихся из каждых 1000 кг воды; 10 - расход газов, подсасываемых через не плотности в конденсатор на каждые 1000 кг паров.

Объемная производительность вакуум-насоса равна

(4.2)

где R - универсальная газовая постоянная, Mв - молекулярная масса воздуха, tв - температура воздуха, Pв - парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе при температуре воздуха, которую рассчитывают по формуле

tв = tнач + 4 + 0,1*( tконд - tнач) = 20 + 4 + 0,1*(60 - 20) = 28 ?С (4.3)

Подбираем вакуум-насос типа ВВН - 25, остаточное давление мм рт. ст. = 15, производительность 25 м3/сек, мощность на валу 48 кВт

4.2 Расчет трубопровода

Диаметр трубопровода рассчитывают по уравнению объемного расхода

V = щ*f = 0,5*2,8 = 1,4 м3/с (4.4)

где V - объемный расход пара или раствора, м3/с; щ - средняя скорость потока , м/с; f - площадь поперечного сечения потока, м2.

Для трубопровода круглого сечения принимают уравнения

V = 0,785*d2*щ = 0,785*2,252*0,5 = 2 м3/с (4.5)

Диаметр трубопровода определяют по уравнению

(4.6)

По расчетному диаметру трубопровода принимают стандартные штуцеры, материал У,Н - углеродистая сталь, нержавеющая сталь.

Заключение

В результате проведенного расчета подобрана по каталогу ректификационная установка D=1400 мм, L=8000мм, циклон типа ЦН-15, одноходовой теплообменник с поверхностью 9 м2, диаметр кожуха 273 мм, число труб 37, длина труб 3 м, вакуум-насос типа ВВН - 25, остаточное давление мм рт. ст. = 15, производительность 25 м3/сек, мощность на валу 48 кВт, трубопровод - принимают стандартные штуцеры, материал У,Н - углеродистая сталь, нержавеющая сталь.

Библиографический список

Л.И. Ченцова, М.К. Шайхутдинова - процессы и аппараты пищевых производств. 2005г.

Л.И. Ченцова, М.Н. Шайхутдинова, Т.В. Борисова - процессы и аппараты пищевых производств. 2006г.

Метлин Ю.Г., Третьяков Ю.Д. Основы общей химии. - М.: Просвещение, 1980

Гребенюк С.М. - процессы и аппараты пищевых производств. 1987

Т.В. Борисов, Б.Д. Левин, С.М. Воронин - процессы и аппараты пищевых производств и теплофизические характеристики. 1998

Ю.И. Дытнерский - основные процессы и аппараты. 1991

А.В. Кутков -процессы и аппараты пищевой технологии. 2000

Г.В. Борисов - основные процессы и аппараты химической технологии. 1992

Еренгалиев А.Е., Масленников С.Л. - процессы и аппараты пищевых производств. 2008

В.А. Панфилова - машины и аппараты пищевых производств. 2001

В.И. Соколов - основы расчета и конструирования машин и аппаратов пищевых производств. 1993

Л.П. Ковальская, Г.М. Мелькина - технология пищевых производств. 1999

В.А. Ларин - процессы и аппараты пищевых производств. 2007

Кавецкий Г.Д., Васильев Б.В. - процессы и аппараты пищевой технологии. 1999

М.С. Аминов - процессы и аппараты пищевых производств. 1999

Размещено на Allbest.ru

...