Расчет ректификационной колоны непрерывного действия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

44 с., 2 табл., 6 рис., 3 источника

Ректификация, метанол, этанол, дистиллят, флегма, дефлегматор, ситчатая тарелка

В пояснительной записке к курсовому проекту проводится расчет ректификационной установки непрерывного действия для разделения смеси метанол-этанол.

Тип ректификационной колонны - тарельчатая, с ситчатыми тарелками.

Целью расчета ректификационных колонн является определение основных размеров колонны (диаметра и высоты), материальных и тепловых балансов, подбор дополнительного оборудования и гидравлический расчет колонны.

Были изучены мероприятия по технике безопасности на предприятиях химической промышленности и оказания первой помощи пострадавшим.

Содержание

Введение

Технологическая схема установки и ее описание

1. Расчет ректификационной колоны непрерывного действия

1.1 Материальный баланс колонны и рабочее флегмовое число

1.2 Определение скорости пара и диаметра колонны

1.3 Выбор типа тарелки

1.4 Высота светлого слоя жидкости на тарелке и паросодержание барботажного слоя

1.5 Высота колонны

1.6 Гидравлическое сопротивление тарелок колонны

2. Тепловой баланс ректификационной установки

2.1 Тепловой расчет установки

2.2 Расчет кожухотрубчатого конденсатора-дефлегматора

2.3 Подбор подогревателя исходной смеси

2.4 Подбор кипятильника исходной смеси

2.5 Подбор холодильника дистиллята

2.6 Подбор холодильника кубового остатка

3. Подбор насоса для подачи исходной смеси в колонну

3.1 Расчет напора

3.2 Расчет производительности

4. Мероприятия по технике безопасности и оказание первой медицинской помощи

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Ректификация - массообменный процесс, который осуществляется в большинстве случаев в противоточных колоннах 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 протекания 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 колонн кинетических зависимостей, получаемых при исследовании абсорбционных процессов.

Большое разнообразие тарельчатых контактных устройств затрудняет выбор оптимальной конструкции тарелок. При этом на ряду 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.

Размеры тарельчатой колонны (диаметр и высота) обусловлены нагрузками по пару и жидкости, типом контактных устройств (тарелки), физическими свойствами взаимодействующих фаз.

Ректификацию жидкостей, не содержащих взвешенные частицы и не инструктирующих, при атмосферном давлении в аппаратах большой производительности часто осуществляют на ситчатых переточных тарелках.

1. Расчет ректификационной колоны непрерывного действия

1.1 Материальный баланс колонны и рабочее флегмовое число

Производительность колонны по дистилляту D и кубовому остатку W определим из уравнений материального баланса колонны:

F = D + W (1.1)

где F, D и W - производительность колонны по исходному веществу, по дистилляту и по кубовому остатку соответственно, кг/с

(1.2)

где - массовые доли легколетучего компонента, соответственно в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке, кг/кг смеси.

Отсюда находим:

(1.3)

Находим производительность по исходному веществу:

кг/с

Находим производительность по кубовому остатку:

кг/c

Находим производительность колонны по дистилляту:

D = 2,22 - 1,74 = 0,483 кг/c

Пересчитаем составы фаз из массовых долей в мольные, по соотношению:

(1.4)

где x_i - мольная доля легколетучего компонента в смеси

М_м и М_э - молекулярные массы соответственно метилового и этилового спиртов, кг/кмоль

Получим:

кмоль/кмоль смеси

кмоль/кмоль смеси

кмоль/кмоль смеси

Нагрузки ректификационной колонны по пару и жидкости определяются рабочим флегмовым числом R; его оптимальное значение R_опт можно найти путем технико-экономического расчета. Ввиду отсутствия надежной методики оценки R_опт используют приближенные вычисления, основанные на определении коэффициента избытка флегмы (орошения) в = R/R_min. Здесь R_min - минимальное флегмовое число:

(1.5)

где x_F и x_P - мольные доли легколетучего компонента соответственно в исходной смеси и дистилляте, кмоль/кмоль смеси;

- концентрация легколетучего компонента в паре, находящемся в равновесии с исходной смесью, кмоль/кмоль смеси.

Один из возможных приближенных методов расчета R заключается в нахождении такого флегмового числа, которому соответствует минимальное произведение N(R+1), пропорциональное объему ректификационной колонны (N - число ступеней изменения концентрации или теоретических тарелок, определяющее высоту колонны, а R+1 - расход паров и, следовательно, сечение колонны).

Задавшись различными значениями коэффициента избытка флегмы в определим соответствующие флегмовые числа:

(1.6)

Графическим построением ступеней изменения концентраций между равновесной и рабочей линиями на диаграмме состава пара У - состав жидкости Х (рисунок 2, а) находим N. Равновесные данные приведены в справочнике [3]. Результаты расчета рабочего флегмового числа представлены на рисунке 3 и приведены ниже:

Таблица 1

Определение числа теоретических тарелок в зависимости от коэффициента избытка флегмы

В	1,35	1,75	2,35	3,3	6,25
R	7,15	9,27	12,45	17,48	33,11
N	-	25,5	20,5	17	15,5
N*(R+1)	-	261,8	275,7	314	528,7

Минимальное произведение N*(R+1) соответствует флегмовому числу R = 9,27. При этом коэффициент избытка флегмы:

1,7

Средние массовые расходы (нагрузки) для верхней и нижней частей колонны определяют из соотношений:

(1.7)

(1.8)

где M_p и M_F - мольные массы дистиллята и исходной смеси;

M_B и M_H - средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны.

Мольную массу дистиллята в данном случае можно принять равной мольной массе легколетучего компонента - метилового спирта. Средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны соответственно равны:

(1.9)

(1.10)

где х_ср.в и х_ср.н - средний мольный состав жидкости соответственно в верхней и нижней частях колонны

кмоль/кмоль смеси

кмоль/кмоль смеси

М_В = 32*0,652+46*(1-0,652) = 36,87 кг/кмоль

М_Н = 32*0,197+469(1-0,197) = 43,242 кг/кмоль

Мольная масса исходной смеси:

M_F = 32*0,324+46*(1-0,324) = 41,464 кг/кмоль

Подставим рассчитанные величины в уравнения (1.7) и (1.8), получим:

кг/с

кг/c

Средние массовые потоки пара в верхней G_В и нижней G_H частях колонны соответственно равны:

(1.11)

(1.12)

где и - средние мольные массы паров в верхней и нижней частях колонны:

(1.13)

(1.14)

где и - средний мольный состав пара соответственно в верхней и нижней частях колонны

у_ср.в = (у_P+y_F)/2 = (0,97+0,315)/2 = 0,643 кмоль/кмоль смеси

y_ср.н = (у_F+y_W)/2 = (0,315+0,05)/2 = 0,16 кмоль/кмоль смеси

Тогда

Мв = 320,643+46(1-0,643) = 37 кг/кмоль

= 320,16+46*(1-0,16) = 43,8 кг/кмоль

Подставив численные значения в уравнения (1.11) и (1.12), получим:

1.2 Определение скорости пара и диаметра колонны

Найдем плотности жидкости с_хв, с_хн и пара с_ув, с_ун в верхней и нижней частях колонны при средних температурах в них t_в t_н. Средние температуры жидкостей и паров определим по диаграмме t - x, y (рисунок 2, б) по средним составам фаз: t_xв = 64,7⁰С; t_xн = 75⁰С; t_ув = 68,6 ⁰С; t_ун = 75,4⁰С.

Тогда

(1.15)

(1.16)

Отсюда получим

= 1,32 кг/м³

= 1,53 кг/м³

В данном случае плотности жидких метилового и этилового спиртов близки, поэтому можно принять:

с_хв = с_хн = с_х = 791 кг/м³

Вязкость жидких смесей находим по уравнению:

(1.17)

где и - вязкости жидких метилового и этилового спирта при температуре смеси, Па*с.

Тогда вязкость жидкости в верхней и нижней частях колонны соответственно равна:

Па*с

= 0,45 Па*с

Для ситчатых тарелок рабочую скорость газа рассчитывают по уравнению:

(1.18)

Допустимая скорость в верхней и нижней частях колонны соответственно равна:

= 1,224 м/с

= 1,137 м/с

Ориентировочный диаметр колонны определяют из уравнения расхода:

(1.19)

Как правило, несмотря на разницу в рассчитанных диаметрах укрепляющей и исчерпывающей частей колонны (вследствие различия скоростей и расходов паров), изготовляют колонну единого диаметра, равного большему из рассчитанных.

В данном случае скорости _в и _н мало отличаются друг от друга; используем в расчете среднюю скорость паров:

м/с

Принимаем средний массовый поток пара в колонне G равным полусумме G_в и G_н:

= 6,21 кг/с

Средняя плотность паров:

= 1,42 кг/м³

Диаметр колонны:

= 2,17 м

Выберем стандартный диаметр обечайки колонны d = 2,2 м. При этом рабочая скорость пара:

= 1,148 м/с

1.3 Выбор типа тарелки

По каталогу для колонны диаметром 2000 мм выбираем ситчатую тарелку типа ТС-Р со следующими параметрами:

Диаметр отверстий в тарелке d₀ = 4 мм

Шаг между отверстиями l = 8 мм

Свободное сечение тарелки F_C = 17,9%

Высота переливного порога h_пер = 0,03 мм

Ширина переливного порога b = 1050 мм

Рабочее сечение тарелки S_T = 3,478 м²

Скорость пара в рабочем сечении тарелки:

м/с

1.4 Высота светлого слоя жидкости на тарелке и паросодержание барботажного слоя

Высоту светлого слоя жидкости для ситчатых тарелок находят по уравнению:

(1.20)

где q = - удельный расход жидкости на 1 м ширины сливной перегородки, м²/с;

b - ширина сливной перегородки, м;

поверхностное натяжение соответственно жидкости и воды при средней температуре в колонне, Н/м

Высоту переливной перегородки принимаем

Удельный расход жидкости для верхней и нижней частей колонны:

м²/с

м²/с

Паросодержание барботажного слоя е находят по формуле:

(1.21)

(1.22)

Для верхней части колонны:

Для нижней части колонны:

Необходимо определить вязкость паров и коэффициенты диффузии в жидкой и паровой фазах. Вязкость паров для верхней части колонны:

где - вязкость паров метилового и этилового спиртов при средней температуре верхней части колонны, мПа*с;

средняя концентрация паров:

Подставив, получим: кмоль/кмоль смеси

0,0105 мПа*с

Аналогично для нижней части колонны находим :

кмоль/кмоль смеси

мПа*с

Коэффициент диффузии в жидкости при средней температуре t (в °С) равен:

(1.23)

Коэффициенты диффузии в жидкости при 20 °С можно вычислить по приближенной формуле:

(1.24)

где А, В - коэффициенты, зависящие от свойств растворенного вещества и растворителя;

Примем А = В = 1.

- мольные объемы компонентов в жидком состоянии при температуре кипения, см³/моль:

см³/моль

см³/моль

- вязкость жидкости при 20 °С, мПа*с

Вычислим вязкость жидкости для верхней части колонны при температуре 20 °С:

Тогда коэффициент диффузии в жидкости для верхней части колонны при 20 °С равен:

= 4*10^-9 м²/с

Температурный коэффициент b определяют по формуле:

(1.25)

где и принимают при температуре 20°С

Плотность жидкости при 20°С в верхней и нижней части колонны:

кг/м³ (1.26)

Подставим полученные численные значения для определения температурного коэффициента:

Отсюда

м²/с

Аналогично для нижней части колонны находим:

м²/с

Коэффициент диффузии в паровой фазе может быть вычислен по уравнению:

(1.27)

где Т - средняя температура в соответствующей части колонны, К;

Р - абсолютное давление в колонне, Па

Аналогично для нижней части колонны получим:

1.5 Высота колонны

Число действительных тарелок в колонне может быть определено графоаналитическим методом (построением кинетической линии). Для этого необходимо рассчитать общую эффективность массопередачи на тарелке (к. п.д. по Мэрфри). Эффективность тарелки по Мэрфри Е_{м у} с учетом продольного перемешивания, межтарельчатого уноса и доли байпасирующей жидкости приближенно определяется следующими уравнениями:

(1.28)

(1.29)

(1.30)

(1.31)

где - фактор массопередачи для укрепляющей части колонны;

- фактор массопередачи для исчерпывающей части колонны;

- локальная эффективность по пару;

e - межтарельчатый унос жидкости кг жидкости/кг пара;

и - доля пайпасирующей жидкости;

S - число ячеек полного перемешивания;

m - коэффициент распределения компонента по фазам в условиях равновесия.

Локальная эффективность связана с общим числом единиц переноса по паровой фазе на тарелке следующим соотношением:

(1.32)

где (1.33)

где - в кмоль/(м²*с);

- средняя мольная масса паров, кг/кмоль.

В настоящее время нет достаточно надежных данных для определения поверхности контакта фаз, особенно эффективной поверхности массопередачи при барботаже на тарелках. Поэтому обычно в расчетах тарельчатых колонн используют коэффициенты массопередачи, отнесенные к единице рабочей площади тарелки . Коэффициент определяют по уравнению аддитивности фазовых диффузионных сопротивлений:

(1.34)

где и коэффициенты массоотдачи, отнесенные к единице рабочей площади тарелки соответственно для жидкой и паровой фаз, кмоль/(м²*с).

В частности, для определения коэффициентов массоотдачи процессов ректификации бинарных систем, для тарелок барботажного типа рекомендуются обобщенные критериальные уравнения типа, которые приводятся к удобному для расчетов виду:

(1.35)

(1.36)

Плотность орошения в верхних и нижних частях колонны определим по формулам:

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе для верхней части колонны:



Коэффициент массоотдачи в паровой фазе:

Аналогично для нижней части колонны:

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе:

Коэффициент массоотдачи в паровой фазе:

Пересчитаем коэффициенты массоотдачи на кмоль/м²*с

для верхней части колонны:

кмоль/м²*с

кмоль/м²*с

для нижней части колонны:

кмоль/м²*с

кмоль/м²*с

Коэффициенты массоотдачи, рассчитанные по средним значениям скоростей и физических свойств паровой и жидкой фаз, постоянны для верхней и нижней частей колонны. В то же время коэффициент массопередачи - величина переменная, зависящая от кривизны линии равновесия, т.е. от коэффициента распределения. Поэтому для определения данных, по которым строится кинетическая линия, необходимо вычислить несколько значений коэффициента массопередачи в интервале изменения состава жидкости от

Пусть х = 0,05. Коэффициент распределения компонента по фазам (тангенс угла наклона равновесной линии в этой точке) m = 1,5.

Коэффициент массопередачи вычисляем по коэффициентам массоотдачи в нижней части колонны находим по уравнению (1.34):

Общее число единиц переноса на тарелку , находим по уравнению (1.33):

Локальная эффективность по уравнению (1.32) равна:

Для определения эффективности по Мэрфи необходимо рассчитать также фактор массопередачи л, долю баипасирующей жидкости и, число ячеек полного перемешивания S и межтарельчатый уносe.

Фактор массопередачи для нижней части колонны:

Фактор массопередачи для верхней части колонны:

Долю байпасирующей жидкости для ситчатых тарелок принимаем = 0,1.

Для колонн диаметром более 600 мм с ситчатыми, колпачковыми и клапанными тарелками отсутствуют надежные данные по продольному перемешиванию жидкости, поэтому с досаточной степенью приближения можно считать, что одна ячейка перемешивания соответствует длине пути жидкости l = 300-400 мм.

Примем l = 350 мм и определим число ячеек полного перемешивания S как отношение длину пути жидкости на тарелке к длине l. Определим длину пути жидкости как расстояние между переливными устройствами:

Тогда число ячеек полного перемешивания на тарелке

Относительный унос жидкости e в тарельчатых колоннах определяется в основном скоростью пара, высотой сепарационного пространства и физическими свойствами жидкости и пара. В настоящее время нет надежных зависимостей, учитывающих влияние физических свойств потоков на унос, особенно для процессов ректификации. Для этих процессов унос можно оценить с помощью графических данных, представленных на рисунке 6.7. По этим данным унос на тарелках различных конструкций является функцией комплекса .

Коэффициент m учитывающий влияние на унос физических свойств жидкости и пара, определяют по уравнению:

Высота сепарационного пространства равна расстоянию между верхним уровнем барботажного слоя и плоскостью тарелки, расположенной выше:

Где Н - межтарельчатое расстояние, м;

.

В соответствии с каталогом (10) для колонны с диаметром 2200 мм расстояние Н = 0,5 м. Тогда

При таком значении комплекса жидкости в нижней части колонны практически не отличается от уноса в верхней части е_н = 0,1 кг/кг, е_в = 0,13кг/кг.

Подставляя в уравнения вычисленные значения m, E_y, и, S и Е, определяем к.п.д. по Мерфи :

Зная эффективность по Мэрфи, можно определить концентрацию легколетучего компонента в паре на выходе из тарелки по соотношению:

где и - концентрация соответственно легколетучего компонента в паре на входе в тарелку и равновесная с жидкостью на тарелке.

Отсюда

Аналогичным образом подсчитаны для других составов жидкости. Результаты расчета параметров, необходимых для построения кинетической линии, приведены ниже:

Таблица 2

Результаты расчета параметров, необходимых для построения кинетической линии

Параметр	Нижняя часть колонны	Верхняя часть колонны
X	0,05	0,1	0,2	0,5	0,7	0,97
	0,05	0,115	0,25	0,545	0,725	0,97
у*	0,075	0,135	0,27	0,63	0,79	0,98
m	1,5	0,35	1,35	1,26	1,13	1,01
	0,052	0,053	0,053	0,055	0,056	0,057
	1,18	1,2	1,2	1,22	1,25	1,27
	0,69	0,7	0,7	0,704	0,71	0,72
B	1,106	1,058	1,058	1,46	1,373	1,296
	1,077	1,071	1,071	1,26	1,23	1,21
	0,04	0,948	0,948	1,054	1,05	1,052
	0,867	0,86	0,86	0,902	0,889	0,881
	0,072	0,132	0,267	0,622	0,782	0,979

Взяв отсюда значения x и , наносят на диаграмму x-y точки, по которым проводят кинетическую линию (рис.3). Построением ступеней между рабочей и кинетической линиями в интервалах концентраций от до определяют число действительных тарелок для верхней (укрепляющей) и в интервалах от до , - число действительных тарелок для нижней (исчерпывающей) части колонны .

Общее число действительных тарелок:

Высоту тарельчатой ректификационной колонны определим по формуле:

где h - расстояние между тарелками, м;

- расстояние соответственно между верхней тарелкой и крышкой колонны и между днищем колонны и нижней тарелкой, м.

Значения выбирают в соответствии с рекомендациями (исходя из диаметра колонны):

Подставив, получим:

1.6 Гидравлическое сопротивление тарелок колонны

Гидравлической сопротивление тарелок колонны определяют по формуле

где и - гидравлическое сопротивление тарелки соответственно верхней и нижней частей колонны, Па.

Полное гидравлическое сопротивление тарелки складывается из трех слагаемых:

Гидравлическое сопротивление сухой ситчатой тарелки равно:

где о - коэффициент сопротивления сухих тарелок,

щ - скорость пара в рабочем сечении тарелки,

- средняя плотность паров кг/,

свободное сечение тарелки.

Гидравлическое сопротивление газожидкостного слоя на тарелках различно для верхней и нижней частей колонны:

где и - плотность жидкости соответственно верху и низу колонны, кг/, и - высота светлого слоя жидкости, м

Гидравлическое сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения, равно;

где у - поверхностное натяжение жидкости при средней температуре в колонне, Н/м;

- эквивалентный диаметр отверстий в тарелке, м

Тогда полное сопротивление одной тарелки верхней и нижней частей колонны равно:

Полное гидравлическое сопротивление ректификационной колонны:

тарельчатый ректификационный метиловый этиловый

2. Тепловой баланс ректификационной установки

2.1 Тепловой расчет установки

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

(2.1)

где - удельная теплота парообразования дистиллята, при Дж/кг

(2.2)

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

(2.3)

Расчет теплоты в паровом подогревателе исходной смеси:

(2.4)

Расчет теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике дистиллятора:

(2.5)

Расчет теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике кубсвого остатка:

(2.6)

Расход греющего пара.

а) в кубе-испарителе:

(2.7)

б) в подогревателе исходной смеси:

Всего: 2,71 + 0,15 = 2,86 кг/с.

Расход охлаждающей воды при нагреве ее на 20.

а) в дефлегматоре:

(2.8)

б) в водяном холодильнике дистиллята:

(2.9)

в) в водяном холодильнике кубового остатка:

(2.10)

Всего: 65 + 0,67 + 3,3 = 68,97 кг/с.

2.2 Расчет кожухотрубчатого конденсатора-дефлегматора

Температура конденсации t_к = 64,6^оС. Тепло конденсации отводится водой с начальной температурой t_2н = 20^оС. Принимаем температуру воды на выходе из конденсатора t_2к = 40^оС

1. Схема аппарата приведена на рис. 2.1.

Рис. 2.1 - Схема одноходового кожухотрубчатого конденсатора

Вода, нагреваясь, будет двигаться по трубному пространству теплообменного аппарата, а пар смеси метанол-этанол по межтрубному пространству. Пар подается в теплообменный аппарат сверху, в процессе теплопередачи конденсируется и снизу теплообменника отводится конденсат.

2. Тепловая нагрузка и расход воды. Тепловая нагрузка в теплообменном аппарате рассчитана по уравнению (2.2):

Q =

Расход воды рассчитан по формуле (2.8):

3. Средняя разность температур. Вода нагревается от 20 єС до 40єС.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2.2 - График изменения температур теплоносителя в конденсаторе

єС

єС

єС

4. Ориентировочное значение поверхности. Зададимся ориентировочным значением коэффициента теплопередачи от конденсирующегося пара органических веществ к воде = 600 Вт/(м²·К).

Тогда ориентировочная поверхность теплопередачи составит:

Задаваясь числом Re₂ = 15000, определим соотношение n/z для конденсатора из труб диаметром d = 20х2 мм:

где n - общее число труб;

z - число ходов по трубному пространству;

d - внутренний диаметр труб, м.

5. Уточненный расчет поверхности теплопередачи. В соответствии с табл. 2.9 соотношение n/z принимает наиболее близкое к заданному значение у конденсаторов с диаметром кожуха D = 600 мм, диаметром труб 20х2 мм, числом ходов z = 2 b и общим числом труб n = 1138:

Наиболее близкую к ориентировочной поверхность теплопередачи имеет нормализованный аппарат с длиной труб L = 4 м; F = 286 м².

Действительное число Re₂ равно:

Коэффициент теплоотдачи к воде:

)

Коэффициент теплоотдачи от пара, конденсирующегося на пучке вертикально расположенных труб:

)

Сумма термических сопротивлений стенки труб из нержавеющей стали и загрязнений со стороны воды и пара равна:

Коэффициент теплопередачи:

Требуемая поверхность теплопередачи:

Как видно из таблицы 2.9, конденсатор с длиной труб 4 м и поверхностью 286 м² подходит с запасом:

6. Гидравлическое сопротивление Др₂ рассчитываем по формуле:

Скорость воды в трубах:

Коэффициент трения по формуле:

Скорость воды в штуцерах:

Гидравлическое сопротивление:

2.3 Подбор подогревателя исходной смеси

Для подогрева используется ненасыщенный водяной пар давлением 0,6 МПа. Температура конденсации t_конд = 158,8^оС. Смесь нагревается от t_н = 25^оС до температуры кипения смеси t_к = 72,4^оС; удельная теплота конденсации пара с давлением 0,6 МПа составляет 2085 кДж/кг.

Нагреваемая смесь будет двигаться по трубному пространству теплообменного аппарата, а греющий пар по межтрубному пространству. Пар подается в теплообменный аппарат сверху, в процессе теплопередачи конденсируется и снизу теплообменника отводится конденсат.

1. Тепловая нагрузка и расход воды. Тепловая нагрузка в теплообменном аппарате рассчитана по уравнению (2.4):

Q = 312 773 Вт

Расход воды рассчитан по формуле (2.9):

2. Средняя разница температур. Смесь метанол-этанол нагревается от 25 до 72,4єС. Насыщенный водяной пар с давлением 0,6 МПа будет иметь температуру 158,8єС и при этой температуре будет происходить его конденсация (рис. 2.3).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2.3 - Зависимость изменения температуры от длины труб при подогреве исходной смеси насыщенным водяным паром

єС

єС

єС

3. Требуемая поверхность теплопередачи. Задаюсь коэффициентом теплопередачи К = 300 Вт/(м²*К)

62 м²

4. Выбор теплообменника. Производится по ГОСТ 15118-79, ГОСТ 15120-79 и ГОСТ 15122-79.

Диаметр труб - 25х2 мм

Число ходов - 1

Число труб - 62

Длина труб - 2 м

Поверхность теплообмена - 10 м²

Диаметр кожуха - 325 мм

2.4 Подбор кипятильника исходной смеси

В качестве теплоносителя использовать насыщенный водяной пар с давлением 0,6 МПа. Удельная теплота конденсации r₁ = 2085 кДж/кг, температура конденсации t_конд = 158,8⁰С; температура кипения смеси t_кип = 72,4⁰С.

1. Тепловая нагрузка и расход воды. Тепловая нагрузка в теплообменном аппарате рассчитана по уравнению (2.3):

Q = 5 656 400 Вт

Расход воды рассчитан по формуле (2.7):

2. Средняя разница температур

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2.4 - Зависимость изменения температуры от длины труб при испарении смеси насыщенным водяным паром

єС

3. Требуемая поверхность теплопередачи. Задаюсь коэффициентом теплопередачи К = 1400 Вт/(м²*К)

м²

4. Выбор теплообменника. Производится по ГОСТ 15118-79, ГОСТ 15120-79 и ГОСТ 15122-79.

Диаметр труб - 25х2 мм

Число ходов - 4

Число труб - 206

Длина труб - 3 м

Поверхность теплообмена - 49 м²

Диаметр кожуха - 600 мм

2.5 Подбор холодильника дистиллята

Для охлаждения используется вода с начальной температурой t_2н = 20⁰С. Принимаю температуру воды на выходе из холодильника t_2к = 40⁰С. Дистиллят охлаждается до 30⁰С при начальной температуре t = 64,6⁰С.

1. Тепловая нагрузка и расход воды. Тепловая нагрузка в теплообменном аппарате рассчитана по уравнению (2.5):

Q = 56086 Вт

Расход воды рассчитан по формуле (2.9):

2. Средняя разница температур.

Рис. 2.5 - Зависимость изменения температуры от длины труб при охлаждении дистиллята водой

єС

єС

єС

3. Требуемая поверхность теплопередачи. Задаюсь коэффициентом теплопередачи К = 600 Вт/(м²*К)

м²

4. Выбор теплообменника. Производится по ГОСТ 15118-79, ГОСТ 15120-79 и ГОСТ 15122-79.

Диаметр труб - 25х2 мм

Число ходов - 2

Число труб - 56

Длина труб - 1,5 м

Поверхность теплообмена - 6,5 м²

Диаметр кожуха - 325 мм

2.6 Подбор холодильника кубового остатка

Для охлаждения используется вода с начальной температурой t_2н = 20⁰С. Принимаю температуру воды на выходе из холодильника t_2к = 40⁰С. Кубовая смесь охлаждается до 30⁰С при начальной температуре t = 75⁰С.

1. Тепловая нагрузка и расход воды. Тепловая нагрузка в теплообменном аппарате рассчитана по уравнению (2.6): Q = 276 678 Вт

Расход воды рассчитан по формуле (2.10):

2. Средняя разница температур.

Рис. 2.6 - Зависимость изменения температуры от длины труб при охлаждении кубового остатка водой

єС

єС

єС

3. Требуемая поверхность теплопередачи. Задаюсь коэффициентом теплопередачи К = 600 Вт/(м²*К)

м²

4. Выбор теплообменника. Производится по ГОСТ 15118-79, ГОСТ 15120-79 и ГОСТ 15122-79.

Диаметр труб - 20х20 мм

Число ходов - 1

Число труб - 100

Длина труб - 4 м

Поверхность теплообмена - 25 м²

Диаметр кожуха - 325 мм

3. Подбор насоса для подачи исходной смеси в колонну

3.1 Расчет напора

Потребный напор рассчитывается по формуле:

(3.1)

где H - потребный напор, м;

H_г - геометрическая высота, м;

P₂ , P₁ - разность давлений, МПа;

h_п - гидравлическое сопротивление, м

Рассчитаем потерянный напор во всасывающей линии:

(3.2)

Принимаем W = 2 м/с

Принимаем d = 48х3 мм

d_э = 48-6 = 42 мм

Пересчитаем фактическую скорость воды в трубе:

Рассчитаем высоту подъема жидкости до питающей тарелки с запасом:

(3.3)

Рассчитаем коэффициент л:

(3.4)

Рассчитаем сумму коэффициентов местных сопротивлений во всасывающей линии:

3.2 Расчет производительности

где с_см - плотность смеси при температуре 25 ⁰С, кг/м³

Такой напор при производительности 10,1 м³/ч обеспечивается насосом марки Х8/18.

Его технические характеристики:

n = 48,3

Электродвигатель типа АО2-31-2

4. Мероприятия по технике безопасности и оказание первой медицинской помощи

На нефтеперерабатывающих и предприятиях основного органического синтеза перерабатываются в больших количествах нефть и нефтепродукты, представляющие собой горючие, легковоспламеняющиеся и взрывоопасные жидкости и газы. При работе в технологических цехах и на установках нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий возможны следующие опасности:

- возникновение пожара и взрыва при разгерметизации оборудования и трубопроводов или при нарушении режима работы оборудования;

- отравление работающих парами нефтепродуктов, сероводородом и другими вредными веществами;

- обморожение работающих при попадании сжиженных газов на незащищенные участки тела;

- химические ожоги кислотой, щелочью, жидким аммиаком и другими агрессивными веществами;

- термические ожоги при соприкосновении с горячими частями оборудования, трубопроводов, водяным паром, конденсатом и т.д.

- травмирование вращающимися и движущими частями насосов, компрессоров и других механизмов в случае отсутствия или неисправности ограждений;

- поражением электрическим током в случае выхода из строя заземления токоведущих частей электрооборудования пробоя электроизоляции, неприменение средств защиты и т.д.

- возможность падения при обслуживании оборудования, расположенного на высоте.

Учитывая приведенные опасности, каждый работающий предприятия обязан:

- соблюдать внутренний трудовой распорядок и дисциплину труда;

- знать опасные и вредные свойства паров и газов, жидких и твердых веществ, с которыми приходится соприкасаться в процессе работы, соблюдать правила обращения с ними;

- содержать в порядке свое рабочее место, а также соблюдать чистоту в цехе и на территории предприятия;

- знать и выполнять правила техники безопасности, газовой и пожарной безопасности, производственной санитарии на предприятии и на своем рабочем месте;

- знать и выполнять свои обязанности по плану ликвидации аварий:

- уметь пользоваться средствами индивидуальной защиты, первичными средствами тушения пожаров, знать их назначение и принцип работы.

Колонны ректификации горючих жидкостей оснащаются средствами контроля и автоматического регулирования: уровня и температуры жидкости в кубовой части; температуры поступающих на разделение продукта и флегмы; средствами сигнализации об опасных отклонениях значений параметров, определяющих взрывоопасность процесса, и при необходимости перепада давления между нижней и верхней частями колонны. При подаче флегмы в колонну ректификации насосом, прекращение поступления которой может привести к опасным отклонениям технологического процесса, предусматриваются меры, обеспечивающие непрерывность технологического процесса.

Индивидуальные средства защиты:

1) для защиты кожных покровов:

- спецодежда;

- спецобувь;

- спецрукавицы;

- наушники;

- очки.

2) для защиты дыхательных путей используется:

- индивидуальный фильтрующий противогаз марки «А»;

- шланговые противогазы ПШ-1;

- кислородно-изолированные противогазы АВС-2;

- респираторы типа «Лепесток».

Оказание первой медицинской помощи:

Перед тем как перейти к оказанию первой помощи, необходимо устранить причины, вызвавшие тяжелые состояния пострадавшего (при отравлении газом или паром - вывести пострадавшего из загазованной зоны; при поражении электрическим током - освободить от соприкосновения с токоведущей частью и т.п.).

1. Первая помощь при потере сознания

При потере сознание необходимо пострадавшему обеспечить приток свежего воздуха, устранить в одежде все, что может стеснять или затруднять свободное дыхания, обрызгать лицо холодной водой, дать понюхать нашатырного спирта. При отсутствии дыхания немедленно приступить к проведению искусственного дыхания.

2. Первая помощь при отравлении

Если рабочий, находящийся в помещении почувствовал общую слабость, головокружения, необходимо вывести его из загазованной зоны на свежий воздух.

3. Первая помощь при термических ожогов

При термических ожогах первой степени обожженное место необходимо обильно промыть струей чистой и холодной воды, после чего наложить сухую стерильную повязку.

При средних и тяжелых ожогах на место ожога необходимо наложить стерильную повязку и направить в здравпункт.

Запрещается накладывать на обожженное место повязки с какими-либо мазями, жирами, маслами и т.п., чем-либо присыпать обожженное поверхность, прокалывать образовавшие пузыри, т.к. это увеличивает опасность инфекции.

4. Первая помощь при химических ожогов

При ожогах кислотами, щелочами и другими едкими веществами необходимо немедленно прожженный участком тела обмыть струей воды из под крана в течении 10 - 15 минут, после чего наложить стерильную повязку.

При попадании кислоты, щелочи и других едких веществ в глаза необходимо быстро промыть их большим количеством воды.

5. Первая помощь при поражении электрическим током

При поражении электрическим током, если человек остается в соприкосновении с токоведущими частями, необходимо немедленно освободить его от действия тока: выключить рубильник, выдернуть предохранительную пробку или перерубить токопроводящий провод изолированным инструментом.

Если нет возможности быстро отключить электрический ток, оказывающий помощь должен изолировать свои руки резиновыми перчатками, сухой тряпкой и отделить пострадавшего от тока. При этом нужно действовать, по возможности, одной рукой.

После освобождении пострадавшего от действия электрического тока, следует немедленно приступить к оказанию первой помощи.

6. Первая помощь при кровотечениях

Что бы остановить кровотечение, необходимо: поднять раненую конечность вверх; кровоточащую рану закрыть перевязочным материалом из индивидуального пакета, сложенным в комочек и придавить сверху, не касаясь пальцами самой раны; в таком положении, не отпуская пальцы, держать в течение 4-5 минут. Если кровотечение остановится, не снимая наложенного материала, поверх него наложить еще одну подушечку из другого пакета и забинтовать раненое место.

При сильном кровотечении, если оно не останавливается тугой повязкой, применить сдавливание кровеносных сосудов, питающих раненую область, для этого необходимо: наложить жгут, а при его отсутствие - закрутку из подходящего материка Жгут накладывается выше места кровотечения, ближе к ране, на одежду или мягкую подкладку из бинта, что бы ни прищемить кожу. Под жгут закладывается записка с указанием даты и времени его наложения, ФИО положившего жгут. Во избежание омертвления конечности жгут необходимо накладывать не более чем на 30 минут.

В случае кровотечения из артерии головы или когда нет возможности сделать жгут, нужно прижать артерию выше места повреждения кости и немедленно транспортировать раннего в здравпункт.

Заключение

В соответствии с заданием на курсовое проектирование произведен расчет тарельчатой ректификационной колонны непрерывного действия для разделения смеси метиловый спирт - этиловый спирт.

Параметры тарельчатой ректификационной колонны были получены следующие: диаметр колонны 2200 мм, высота 25000 мм, количество тарелок - 39 шт.

Произведен расчет теплового и материального баланса ректификационной установки, рассчитано и подобрано в соответствии со стандартами дополнительное оборудование: конденсатор, кипятильник, подогреватель, насосы.

Список использованной литературы

1. Основные процессы и аппараты химической технологии: пособие по проектированию / Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Датнерский и др. Под ред. Ю.И. Дытнерского, 2-е изд., перераб. и дополн. М.: Химия, 1991. - 496 с.

2. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Изд. 8-е, пер. и доп. Л., Химия, 1976. - 552 с.

3. Бинарные смеси: Учеб. Справочник / Авторы-составители Ю.И. Гущин; В.К. Леонтьев. - Ярославль: Изд-во ЯГТУ, 2003.- 104 с.

Размещено на Allbest.ru

...