Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Задание на курсовой проект

Введение

1. Обзор литературных источников

2. Описание схемы технологического процесса

3. Технологический расчет аппарата

3.1 Материальный баланс

3.1.1 Уравнение рабочих линий

3.2 Определение скорости пара и диаметра колонны

3.2.1 Средние концентрации жидкости

3.2.2 Средние концентрации пара находим по уравнениям рабочих линий

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

3.2.4 Средние мольные массы и плотности пара

3.2.5 Диаметр колонны

3.3 Гидравлический расчёт тарелок

3.4 Определение числа тарелок и высоты колонны

3.4.1 Число тарелок

3.4.2 Высота тарельчатой части колонны

3.5 Тепловой расчёт установки

4. Механический расчёт аппарата

4.1 Расчёт толщины обечаек

4.2 Расчёт фланцевых соединений

4.3 Расчёт опор аппарата

5. Расчёт теплоизоляции

6. Расчёт вспомогательного оборудования

7. Техника безопасности

Список используемой литературы



Задание на курсовое проектирование

Спроектировать ректификационную установку в линии производства маннита. На ректификацию поступает М_с = 1,2 кг/с смеси этиловый спирт - вода. Массовая концентрация исходной смеси a_f =22%, дистиллята a_D =82%, кубового остатка a_w =3,5%. Процесс ведётся при атмосферном давлении. Расстояние между тарелками равно h =0,5 м

В качестве вспомогательного аппарата рассчитать дефлегматор.



Введение

колонна гидравлический теплоизоляция

Ректификация представляет собой разделение смеси на составляющие её компоненты в результате многократного частичного испарения жидкости и конденсация паров.

Ректификация производится в колонных аппаратах, снабжённых контактными устройствами (тарелками различной конструкции), либо заполненных насадкой, изготовленной из различных материалов (керамика, металл, дерево). Процесс взаимодействия пара с жидкостью происходит в противотоке, и в каждом контактном устройстве пары конденсируются, а жидкость частично испаряется за счёт теплоты конденсации пара. Таким образом, пар обогащается легколетучим компонентом, а жидкость стекающая вниз колонны - труднолетучим компонентом. В результате многократного взаимодействия пара и жидкости дистиллят содержит почти чистый легколетучий компонент, a кубовый остаток труднолетучий. (с. 356 [2])

Процесс ректификации иллюстрируется t - xy - диаграммой. При нагревании жидкой смеси состава х₁ до температуры кипения t₁ получим пар равновесного состава, после конденсации которого образуется жидкость состава х₂, обогащенная легколетучим компонентом. В результате последующего нагревания этой жидкости до температуры кипения t₂ и конденсации паров получают жидкость состава х₃. Таким образом, проводя многократное испарение жидкости и конденсацию паров, можно разделить исходную смесь на чистые легколетучий и труднолетучий компоненты.



1. Обзор литературных источников

Любая ректификационная установка состоит из колонной чисти, в которой расположены тарелки или насадка, и кипятильника (куба), представляющего собой кожухотрубчатый или змеевиковый теплообменник. Кипятильник может быть встроенным в нижнюю колонную часть либо вынесенным за пределы колонны.

В пищевой промышленности используют главным образом тарельчатые и насадочные ректификационные колонны.

Ректификационная установка непрерывного действия показана на рис.1. Исходная смесь, нагретая в подогревателе подаётся на тарелку питания ректификационной колонны и за счёт теплоты, поступающей из кипятильника, разделяется в результате ректификации на дистиллят и кубовый остаток. Пары выходящие из колонны, конденсируются полностью или частично в дефлегматоре. В случае полной конденсации паров полученный дистиллят в разделительном сосуде разделяется на две части. Одна часть флегма через гидрозатвор поступает на орошение,

Рис. 1 Ректификационная установка непрерывного действия.

1 - сборники; 2 - подогреватель; 3 - ректификационная колонна; 4 - дефлегматор; 5 - разделительный сосуд; 6 - холодильники; 7 - насосы; 8 - кипятильник.



вторая часть - дистиллят охлаждается в холодильнике и направляется в сборник.

В случае неполной конденсации паров в дефлегматоре они поступают в конденсатор - холодильник, где конденсируются и охлаждаются. Кубовый остаток в зависимости от его ценности либо собирается, либо как сточные воды направляется на утилизацию.

На практике часто встречаются случаи разделения исходной смеси на три и более части. Так в спиртовом производстве из бражки выделяют этиловый спирт, эфироальдигидную фракцию и сивушные масла.

Ректификационная установка для разделения многокомпонентной смеси показана на рис. 2. Установка многоколонная предназначена для непрерывного разделения исходной смеси на три части: А, В и С.

Первая колонна обеспечивает разделение смеси на А+ВС или АВ+С. Для последующего разделения смеси на n частей требуется ректификационная установка, состоящая из n-1 ректификационных колонн.

Ректификационная установка периодического действия, используемая в малотоннажных производствах показана на рис.3. Исходная смесь загружается в кипятильник, который обогревается насыщенным водяным паром. После нагрева смеси до температуры кипения её пары поступают в нижнюю часть ректификационной колонны. Поднимаясь по колонне, пары обогащаются легколетучим компонентом и поступают в дефлегматор, в котором конденсируются. Как и при непрерывной ректификации, конденсат разделяется на флегму и продукт, который после охлаждения в холодильнике собирается в сборнике. После извлечения продукта кубовый остаток сливают и загружают в куб новую порцию исходной смеси.



Рис.2. Ректификационная установка для разделения многокомпонентной смеси.

Рис.3. Ректификационная установка периодического действия:

1 - кипятильник; 2 - колонна; 3 - дефлегматор; 4 - холодильник;

5 - сборник.



2. Описание схемы технологического процесса

Исходная смесь из промежуточной ёмкости Е₁, в которой контролируется уровень смеси, центробежным насосом Н₁ (или Н₂) по трубопроводу подаётся в теплообменник П, где подогревается до температуры кипения. Нагретая смесь поступает по трубопроводу, в котором контролируется расход и температура, на разделение в ректификационную колонну КР, где контролируется уровень и температура, на тарелку питания, где состав жидкости равен составу исходной смеси Х_F.

Стекая снизу по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике К. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка X_w , т.е. обеднён легколетучим компонентом. В результате массообмена с жидкостью пар обогащается летучим компонентом. В результате массообмена с жидкостью пар обогащается летучим компонентом. Для более полного обогащения верхнюю часть колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом К жидкостью (флегмой) состава x_p, которая получается в дефлегматоре Д путем конденсации пара, выходящего из колонны.

Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделение дистиллята, который охлаждается в теплообменнике Х₂ и направляется по трубопроводу, в котором контролируется температура, в промежуточную ёмкость Е₃, в которой контролируется уровень дистиллята.

Из кубовой части колонны КР непрерывно выводится кубовая жидкость - продукт, обогащенный труднолетучим компонентом, который охлаждается в теплообменнике Х₁ и по трубопроводу, в котором контролируется расход и температура, направляется в емкость Е₂, где контролируется её уровень.

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



3. Технологический расчёт аппарата

3.1 Материальный баланс

Обозначим массовый расход дистиллята через G_D (кг/с), кубового остатка через G_W (кг/с). G_F=1,2(кг/с).

Из уравнений материального баланса (расчет ведем по источнику[1] стр. 311-350)

G_F=G_D+G_W (ф. 7.4. стр. 311 [5]), а по массовому содержанию спирта: G_FX_F=G_DX_D+G_WX_W(ф. 7.5. стр. 311 [5])

G_D+G_W=1,2; G_D=1,2 - G_W

G_D*0,82+G_W*0,035=1,2*0,22

(1,2 - G_W)*0,82+G_W*0,035=0,264

0,984 - G_W*0,82+ G_W*0,035=0,264

0,984 - 0,785 G_W=0,264

0,785 G_W=0,72

G_W=0,917 кг/с G_D=1,2 - 0,917=0,283 кг/с

Для дальнейших расчетов выразим концентрации питания, дистиллята кубового остатка в мольных долях.

Питание:



где - массовая концентрация исходной смеси;

М_э.с.=46,07 кг/кмоль - мольная масса этилового спирта (C₂H₅OH) (табл. XLIV [5])

M_в=18 кг/кмоль - мольная масса воды (H₂O)

Дистиллят:

где - массовая концентрация дистиллята.

Кубовый остаток:

где - массовая концентрация кубового остатка.

Относительный мольный расход питания:

Строим кривую равновесия.

По табл. 27 стр.282 [6] определяем состав кипящей водно-спиртовой жидкости и образующегося из неё пара и температуру кипения при атмосферном давлении

Состав жидкости	Температура кипения, °С	Состав пара
спирт, % масс,	спирт, % мол.		спирт, % масс.	спирт, % мол.
0	0	100	0	0
10	4,16	91,3	32,2	29,92
20	8,92	87,0	65,0	42,09
30	14,35	84,7	71,3	49,30
40	20,68	83,1	74.6	53,46
50	28,12	81,9	77,0	56,71
60	36,98	81,0	79,5	60,29
70	47,74	80,2	82,1	64,21
80	61,02	79,5	85,8	70,29
90	77,83	78,5	91,3	80,42
95,57	89,41	78,15	95,57	89,41

Полученные данные нанесены в виде кривых в координатах t-x,y (рис. 3.1) и в координатах y^*-x (рис. 3.2)

Рис 3.1



Рис. 3.2

По мольной концентрации содержания спирта в жидкости X_F=0,099=9,9% по графику (рис.3.2) определяем равновесное мольное содержание спирта в паре Y_F=0,435=43,5%

Определим минимальное число флегмы по уравнению :

Рабочее число определяют по формуле

3.1.1 Уравнение рабочих линий

а) верхней (укрепляющей) части колонны:



б) нижней (исчерпывающей) части колонны:

Отложив на оси ординат 0,3 (из уравнения рабочей линии верхней части), находим точку В. Точку А получаем на диагонали, восстанавливая ординату от оси ОХ с концентрацией . Точку Е получают на пересечении линии АВ и ординаты, восстановленной из точки на оси абсцисс. Рабочая линия верхней части колонны - отрезок АЕ. Рабочая линия нижней части колонны - отрезок ЕС. Точку С получаем на диагонали, восстанавливая ординату от оси ОХ с концентрацией . Построение ступенчатой линии между рабочими и равновесными линиями начинают от точки А. Из графика (либо по уравнению рабочих линий) определяем координаты точек:

Е (0,099; 0,35)

А (0,64; 0,64)

С (0,014; 0,014)

3.2 Определение скорости пара и диаметра колонны

3.2.1 Средние концентрации жидкости

а) в верхней части колонны:

б) в нижней части колонны:



3.2.2 Средние концентрации пара находим по уравнениям рабочих линий

а) в верхней части колонны:

б) в нижней части колонны:

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

а) при Y_срґ=0,49 t_срґ=84,8°С

б) при Y_срґґ=0,22t_срґґ=93,6°С

3.2.4 Средние мольные массы и плотности пара

а)

б)

Температура смеси вверху колонны при X_D=0,64 равняется 79°С, а в кубе испарится (при X_W=0,014) - t=96°С (по графику t - x, y).

Плотность этилового спирта при 79°С и X_D=0,64; с?853 кг/м³ (табл. IV стр.495 [1]), а при 96°С и X_W=0,0141; с?957 кг/м³ (табл. IV стр.495 [1])

Принимаем среднюю плотность смеси в колонне:

Определяем скорость пара в колонне по уравнению:

; (ф. 7.17а стр. 313 [1])

Для ситчатых тарелок по графику (рис.7.2. стр. 314[5]) находим коэффициент С - при h=0,5 м, с=0,075

Объемный расход проходящего через колонну пара при средней температуре в колонне:

Тогда расход пара:

где M_D - мольная масса дистиллята, равна

M_D=X_DM_Э.С.+(1-X_D)M_В=0,4·46,07+0,37·18=36,15 (кг/кмоль)

3.2.5 Диаметр колонны



По каталогу-справочнику «Колонные аппараты» берем D=600 мм

Тогда скорость пара в колонне будет:

3.3 Гидравлический расчет тарелок

Принимаем следующие размеры ситчатой тарелки - диаметр отверстий d₀=4 мм, высота сливной перегородки h_n=30 мм. Свободное сечение тарелки (суммарная площадь отверстий) 8% от свободной площади колонны. Сечение перелива - 0,1м². Относительная площадь перелива 4,3%. Периметр слива 0,48м.

Рассчитаем гидравлическое сопротивление тарелки в верхней и нижней части колонны по уравнению:

а) верхняя часть колонны

Гидравлическое сопротивление сухой тарелки:

где - коэффициент сопротивления неорошаемых ситчатых тарелок со свободным сечением 7-10%

- скорость пара в отверстии тарелки.

Сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения:



где - поверхностное натяжение этилового спирта при 84,8°C и в верхней части колонны (табл. XXIV стр.509 [1]);

- диаметр отверстий тарелки.

Сопротивление парожидкостного слоя:

(стр.346 [1])

Высота парожидкостного слоя

Величину Дh - высоту слоя над сливной перегородкой рассчитываем по формуле

(стр.346 [1])

где V_ж - объемный расход жидкости, м³/с;

П - периметр сливной перегородки, м; Для тарелки типа ТС по ОСТ 26805-73 с диаметром колонны 800 мм - периметр слива 0,57 м (стр117 [4])

- отношение плотности парожидкостного слоя к плотности жидкости, принимаемое 0,5.

Объемный расход жидкости в верхней части колонны:



где (кг/кмоль) - средняя мольная масса смеси.

Находим Дh:

Высота парожидкостного слоя на тарелке:

Сопротивление парожидкостного слоя:

Общее гидравлическое сопротивление тарелки в верхней части колонны:

б) нижняя часть колонны:

где - среднее поверхностное натяжение этилового спирта при и в верхней части колонны (табл. XXIV стр.509 [1]).

Объемный расход жидкости в нижней части колонны:



где (кг/кмоль)

(кг/кмоль)

Находим высоту слоя над сливной перегородкой:

Высота парожидкостного слоя на тарелке в нижней части колонны:

Сопротивление парожидкостного слоя в нижней части колонны:

Общее гидравлическое сопротивление тарелки в нижней части колонны:

Проверим, соблюдается ли при расстоянии между тарелками h=0,5 м (по условию) необходимое для нормальной работы тарелок условие:

Для тарелок верхней части колонны, у которых гидравлическое сопротивление Дp больше, чем у тарелок нижней части:

Следовательно, данное условие соблюдается.

Проверим равномерность работы тарелок - рассчитаем минимальную скорость пара в отверстиях щ_{0 min}, достаточную для того, чтобы ситчатая тарелка работала всеми отверстиями:

Рассчитанная скорость щ₀ =21,5 >м/с, следовательно, тарелки будут работать всеми отверстиями.

3.4 Определение числа тарелок и высоты колонны

Наносим рабочие линии на диаграмму y-x верхней и нижней части колонны и находим число ступеней изменения концентрации n_T. . В Верхней части колонны n'_T=3, в нижней части n''_T?2, всего 5 ступеней.

Число тарелок рассчитываем по уравнению:

где n_T - число теоретических тарелок - ступеней изменения концентрации, которые находят графическим построением между линиями равновесия и рабочей на x-y диаграмме;

з - среднее КПД тарелок.

Для определения з находим коэффициент относительной летучести разделяемых компонентов б=P_э.с./P_{в .} Динамический коэффициент вязкости исходной смеси м при средней температуре в колонне, равной ).

При этой температуре давление насыщенного пара этилового спирта определим по закону Дальтона:

Откуда

где , мольные доли этилового спирта в жидкости и в равновесном с ней паре при . давление при котором происходит процесс.

давление насыщенного водяного пара при .

Откуда

Динамический коэффициент вязкости исходной смеси: при средней температуре в колонне ): м=0,49•10^-3 (Па•с)

Тогда бм=8,82•0,49=4,32.

По графику (рис.7.4 стр.314 [1]) находим з=0,32

Длина пути жидкости по тарелке из геометрических построений:

где радиус тарелки, периметр слива. Найдем длину свободного сечения : ;



Рис. 3.4.1. Схема ситчатой тарелки

где D=0,6 м - диаметр колонны.

По графику (рис.7.5 стр.315 [1]) находим значение поправки на длину пути: для Д=0.

Средний КПД тарелок по уравнению:

з_l=з(1+Д)=0,32(1+0)=0,32 (стр.315 [1])

3.4.1 Число тарелок

а) в верхней части колонны:



б) в нижней части колонны:

Общее число тарелок n=15, а с запасом n=18, из них в верхней части колонны 11 и в нижней части 7 тарелок.

3.4.2 Высота тарельчатой части колонны

Общее гидравлическое сопротивление тарелок:

3.5 Тепловой расчет установки

Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре-конденсаторе, находим по уравнению:

(ф.7.15 стр.313 [1])

Здесь ,

где r_э.с.?855•10³ (Дж/кг) и r_в?2322•10³ (Дж/кг) - удельные теплоты конденсации этилового спирта и воды при=84,8°C (табл. XLV стр.525[1]).

Расход теплоты, получаемой в кубе-испарителе от греющего пара, находим по уравнению:

Здесь тепловые потери Q_пот приняли в размере 3% от полезно затрачиваемой теплоты, удельные теплоемкости взяты соответственно при t_D=79°C, t_W=96°С и t_F=86,4°С (t_F=86,4°С - температура кипения исходной смеси определена по графику рис. 3.1при ).

При t_D=79°С - c_D=3399Дж/(кг•К)

При t_W=96°С - c_W= Дж/(кг•К)

При t_F=86,4°С - c_F=3997 Дж/(кг•К)

Расход теплоты в паровом подогревателе исходной смеси:

Здесь тепловые потери приняты 5%, удельная теплоемкость исходной смеси c_F=3913,5 Дж/(кг•К) взята при средней температуре (86,4+18)/2=52,2°С.

Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике дистиллята:

где удельная теплоемкость дистиллята c_D=3158 Дж/(кг•К) взята при средней температуре (79+25)/2=52°С.

Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике кубового остатка:

где удельная теплоемкость кубового остатка c_W= Дж/(кг•К)

взята при средней температуре (96+25)/2=60,5°С.

Расход греющего пара, имеющего давление P_абс=4 кгс/см² и влажность 5%:

а) в кубе-испарителе:

где r_гп=2141•10³ Дж/кг - удельная теплота конденсации греющего пара.

б) в подогревателе исходной смеси:

Всего: 0,35+0,165=0,515 кг/с

Расход охлаждающей воды при нагреве ее на 25°С:

а) в дефлегматоре:

б) в водяном холодильнике дистиллята:

в) в водяном холодильнике кубового остатка:

Всего 0,01+0,00046+0,0026=0,01306 м³/с или 44,02 м³/ч.

4. Механический расчет аппарата

4.1 Расчет толщины обечаек

Главным составным элементом корпуса ректификационной колонны является обечайка. Цилиндрические обечайки из стали при избыточном давлении среды в аппарате до 10 МПа изготавливают вальцовкой листов с последующей сваркой стыков.

Так колонна работает по атмосферным давлением (101325 Па) то условно примем, что внутреннее давление в аппарате Р_ср=0,16 МПа, тогда толщину тонкостенной обечайки определим по формуле:

ф IV. 2 стр. 77 [4]

Где D - внутренний диаметр обечайки, D=0,8 м;

=142 Н/м² при t=100? (рис. IV.1. стр.76 [4]) - допустимое напряжение на растяжение для материала обечайки - сталь Х18Н10Т.

Коэффициент ц учитывает ослабление обечайки из-за сварного шва и наличия отверстий ц= ц_ш·ц_о, причём для сварных обечаек принимаем , в зависимости от типа сварного шва. Принимаем ц_ш=0,95 - сварной шов стыковой двухсторонний. Отверстия в обечайке укреплены ц_о=1.

Прибавку толщины с учётом коррозии С_к определяют по формуле IV.1 стр. 77 [4]:

,

Где ф_a=10 год - амортизационный срок службы аппарата;

П=0,1 мм/год коррозионная проницаемость.

Полученное суммарное значение толщины округляется до ближайшего нормативного значения добавлением С_окр

м

Условие

Условие выполняется.

Допускаемое избыточное давление в обечайке можно определить:

МПа

4.2 Расчет фланцевых соединений

Расчёт фланцевых соединений заключается в определении диаметра болтов, их количества и размеров элементов фланцев.

Основной исходной величиной при расчёте болтов является расчётное растягивающее усилие в болтах, определяемое по формуле:

(ф IV. 12 стр. 78 [4])

Где D_n=0,61 м - средний диаметр уплотнения;

Р_n- расчётная сила осевого сжатия уплотняемых поверхностей в рабочих условиях, необходимая для обеспечения герметичности; Р=0,16 МПа - рабочее давление.

Расчётную силу сжатия прокладки прямоугольного сечения определяют по формуле:



(ф IV. 13 стр. 78 [4])

Н

Где , если см - эффективная ширина прокладки;

b₀ =2,5 - действительная ширина прокладки ;

k =1,0 - коэффициент, зависящий от материала и конструкции прокладки, (конструкция прокладки - плоская, материал - резина).

Диаметр болтовой окружности приближенно можно определить:

м

Где D_в=0,6+0,01=0,61 м - внутренний диаметр фланца, равный наружному диаметру аппарата.

Н

Расчётный диаметр болтов определяют по формуле:

(ф IV. 15 стр. 78 [4])

Затем округляют в меньшую сторону до ближайшего стандартного диаметра (D₂=0,62 м - наружный диаметр сварного шва на фланце). Принимаем болты с метрической резьбой диаметром 12 мм (М12)

Число болтов

допускаемое напряжение на растяжение для Ст3

внутренний диаметр болта

Количество болтов на фланце принимаем 17 шт.

Наружный диаметр фланца определяют по формуле:



Для определения высоты фланца находят следующие величины:

- приведённую нагрузку на фланец при рабочих условиях:

МН

(ф IV. 18 стр. 78 [1])

- вспомогательную величину при рабочих условиях (в м²):

(ф IV. 9 стр. 78 [1]),

Где =240МН/м² - предел текучести материала фланцев при рабочей температуре (для стали Х18Н10Т);

- коэффициент ш₁=1,15 определяем по графику рис. IV. 2 стр. 78 [1]),

Тогда: м²

Высота фланца: м (ф IV. 21 стр. 79 [1]),принимаем

4.3 Расчет опор аппарата

Выбор типа опоры зависит от ряда условий: места установки аппарата, его массы и т.д.

При установке колонных аппаратов на открытой площадке, когда отношение высоты опоры к диаметру аппарата Н/D>5, рекомендуется принять опору:

Примем число лап =4, Конструкцию лап - двухреберную , вылет лапы , вылет лапы =0,18м. Высота лапы Толщину ребра при определим по формуле:

м (ф IV. 21 стр. 79 [1]),

- допускаемое напряжение на сжатие

Где G=0,18 МН - масса аппарата в рабочем состоянии (ориентировочно).

м

Отношение ?/д=0,2/0,01=20

Определяем к=0,29 по рис. IV. 5 стр. 79 [4]), тогда:

м

Прочность сварных швов должна отвечать условию:

(ф IV. 26 стр. 80 [1]),

Где м - общая длина сварных швов.

h_ш=0,008м - катет сварного шва.

ф_ш.с=80МН/м² - допускаемое натяжение материала шва на срез.

МН , т.е. прочность обеспечена.



5. Расчет теплоизоляции

Толщину тепловой изоляции д_и находят из равенства удельных тепловых потоков через слои изоляции от поверхности изоляции в окружающую среду:

стр. 77 [1],

Где (Вт/(м²·к)) - коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду.

t_ст2=40ч45єC - температура изоляции со стороны окружающей среды (воздуха); для аппаратов, работающих в закрытом помещении;

t_ст1=96єC (361,15 К)- температура изоляции со стороны аппарата: ввиду незначительного термического сопротивления стенки аппарата по сравнению с термическим сопротивлением слоя изоляции t_ст1 принимаем равной температуре в колонне (средней); t_в = 20 єC - температура окружающей среды; л_и = 0,09 Вт/(м·к) - коэффициент теплопроводности изоляционного материала. Выбираем в качестве материала для изготовления тепловой изоляции ректификационной колонны совелит:

Вт/(м²·к)

Рассчитаем толщину тепловой изоляции колонны:

м принимаем толщину изоляции 16мм.



6. Расчет вспомогательного оборудования Дефлегматор

Тепловая нагрузка аппарата: (из теплового расчета). G_D=0,283 кг/с

Расход воды: (из теплового расчета)

Среднелогарифмическая разность температур:

?

79- температура пара (конденсации) в верхней части колонны

- начальная температура охлаждающей воды

- конечная температура охлаждающей воды

По табл.2.1. принимаем коэффициент теплопередачи К_ср =500 Вт/м²•к

Ориентировочное значение поверхности:

м² Стр 32 [2]

Принимая Re=15000, определим соотношение n/z для теплообменника из труб диаметром d_н = 25х2мм:

труб диаметром d_н = 20х2мм:

Где n - общее число труб z - число ходов по трубному пространству d - внутренний диаметр труб, м; динамическая вязкость воды при при ее средней температуре (20+50)/2=35 єС

Уточнённый расчёт поверхности теплопередачи

Принимаем вертикально расположенный конденсатор (ГОСТ 15119-79) ([2] стр.51) с поверхностью теплообмена (46 м²) с параметрами: диаметр кожуха 600 мм, длина труб 3,0м, числом труб =196, ходов , диаметром труб d_н = 25х2мм

Определим коэффициент теплоотдачи от пара, конденсирующегося на пучке горизонтально расположенных труб (ф 2. 25 стр. 23 [2]):

Вт/(м²•К) ,

- коэффициент теплопроводности пара на линии конденсации (т.е водно-спиртовой смеси при и температуре 79 єС)

Па*с - динамический коэффициент вязкости пара на линии конденсации (т.е водно-спиртовой смеси при и температуре 79 єС).

Средняя плотность смеси в колонне

Коэффициент Рейнольдса

Па*с - динамическая вязкость воды при 30 °С

Вт/м*К - коэффициент теплопроводности воды при 30 °С

При этом коэффициент теплоотдачи к воде при (турбулентный режим) (ф 2.9 стр. 22 [2]):

Вт/(м²·к),



ХIII [2] определяем =5,5

Сумма термических сопротивлений стенки труб из нержавеющей стали и загрязнений со стороны воды и пара равна (ф 2. 18 стр. 22 [2]):

м²·к/Вт

Вт/м²·к, - термическое сопротивление загрязнений стенок со стороны воды, Вт/м²·к термическое сопротивление загрязнений стенок со стороны пара; - толщина стенки трубы, Вт/м·к - коэффициент теплопроводности стали.

Коэффициент теплопередачи (ф2. 18 стр. 22 [4]):

Вт/(м²·к),

Требуемая поверхность теплопередачи:

Таким образом теплообменник с длиной труб 2,0 м и поверхностью 10 м² подходит с запасом:

Гидравлическое сопротивление рассчитываем по формуле 2. 35 стр. 34 [2]

Скорость движения воды в трубах: 0,888 м/с

995 кг/м³ - плотность воды при 30 °С.

Коэффициент трения по ф2. 31 стр. 33 [2]



Где относительная шероховатость. внутренний диаметр трубы.

Скорость воды в штуцерах (табл. 2. 8) при диаметре штуцеров трубного пространства .

м/с

Гидравлическое сопротивление в трубном пространстве:

Па.



7. Техника безопасности

Основными направлениями в организации технологических процессов и рационализации оборудования, удовлетворяющими требованиям гигиены и охраны труда, промышленной санитарии и техники безопасности, а также исключение выбросов в атмосферу и водоёмы, являются:

- Непрерывность производственных процессов;

- Герметизация оборудования, аппаратуры;

- Гидро- и пневмотранспорт пылящих материалов;

- Теплоизоляция оборудования и аппаратуры;

- Конструктивные отсосы от оборудования и сантехустройств;

- Автоматическая сигнализация хода процессов и отдельных аппаратов;

- Замена токсичных веществ нетоксичными;

- Применение защитных покрытий;

- Конструктивное шумоглушение и амортизация вибраций;

- Выбор необходимых материалов;

- Надёжная изоляция рабочих мест от ионизирующих излучений;

- Очистка загрязнённого воздуха и газов от аэрозолей и химически вредных веществ.

Ректификационная колонна, работающая под давлением выше атмосферного, оборудуется следующей аппаратурой: запорным приспособлением для отключения колонны от магистральных трубопроводов, подводящих исходную смесь, приспособлением для удаления находящихся в колонне избыточных газов, манометрами и приспособлениями для установки контрольного манометра, защиты рабочего манометра от действия окружающей среды, предохранительным пружинным или рычажным клапаном; обратным клапаном, автоматически закрывающим магистраль, установленным на подводящей от насоса или компрессора линии при работе с ядовитыми веществами или взрывоопасной средой.

Контрольно-измерительные приборы и предохранительные устройства, установленные на установке, должны работать надёжно и исправно для обеспечения безопасной работы.

Манометры установленные на каждом сосуде для точного измерения параметров среды должны иметь точные указания давления. Разрешается наносить красную черту на деление шкалы в соответствии с предельным рабочим параметром.

Для защиты манометра от непосредственного воздействия среды его соединяют с сосудом, посредством сифонной трубки и жидкостью, которая и предохраняет измерительные приборы.

Запорные устройства монтируются на трубопроводах, отводящих или приводящих в сосуд рабочую среду таким образом, чтобы в любой момент можно было отключить сосуд от общей магистрали и обеспечить полную герметичность перекрытия.

Предохранительные клапаны монтируют непосредственно на ёмкостях, находящихся под давлением, без промежуточной запорной арматуры. Правилами допускается установка предохранительного клапана на трубопроводе, но на участке расположенном близко от сосуда. Во всех случаях между сосудом и предохранительным клапаном нельзя размещать запорные органы, чтобы в любом случае обслуживающий персонал не отключил предохранительный клапан.

При обслуживании предохранительных клапанов не допускается сжатие пружины до такой степени, чтобы не осталось зазоров между её витками.

Если давление может подняться выше рабочего внутри колонны, то на стороне меньшего давления располагается автоматически действующее устройство с манометром и предохранительным клапаном. Регулировка предохранительного клапана производится таким образом, чтобы давление внутри колонны не могло повышаться сверх допустимого. Запорный клапан размещают между регулирующим приспособлением и сосудом.

Вскрывать люки, крышки колонны для осмотра, чистки ремонта можно только после удаления из колонны рабочей жидкости, проветривания ёмкостей и лишь при открытых предохранительных клапанах. Для проведения всех работ внутри колонны можно использовать лишь низковольтное освещение напряжением не более 12В.

При производстве внутренних работ в колонне необходимо охладить её до температуры 40-50єС.



Список используемой литературы

1) Павлов К. Ф., Романков П.Г., Носков А.А. «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии». Л. Химия, 1981г. - 560с.

2) Дытнерский И.Ю. «Основные процессы и аппараты химической технологии» , 1983г.

3) Касаткин А.Г. «Основные процессы и аппараты химической технологии». -М.; Машиностроение, 1975г. -454с.

4) Кавецкий Г.Д., Васильев Б.В. «Процессы и аппараты пищевой технологии». -М; Колос, 1999г. -551с.

5) Лукин О.Г. «Теплообменные аппараты пищевой промышленности». -М.; Пищ. Пром-ть, 1967г. -216с.

Размещено на Allbest.ru

...