Расчет ректификационной колонны

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание на курсовой проект

Рассчитать ректификационную колонну непрерывного действия для разделения бинарной смеси бензол - уксусная кислота по следующим данным:

1. Расход исходной смеси G_F = 5,0 кг/с.

2. Содержание низкокипящего компонента - бензола в процентах по массе:

· В исходной смеси - x_F = 35%;

· В дистилляте - x_D = 90%;

· В кубовом остатке - x_W = 6%.

3. Колонна работает под атмосферным давлением.

4. Тип ректификационной колонны - тарельчатая колпачковая.

Рассчитать холодильник дистиллята для ректификационной колонны (кожухотрубчатый теплообменник), если известно, что для охлаждения используется вода, начальная температура 15 ⁰С, конечная - 35 ⁰С.

Содержание

Введение

1. Технологическая схема ректификации

2. Подбор материала

3. Исходные данные

4. Технологический расчет ректификационной колонны

4.1 Материальный баланс

4.2 Определение скорости пара и диаметра колонны

4.3 Гидравлический расчет колпачковой тарелки

4.4 Определение числа тарелок и высоты колонны

4.5 Тепловой расчет установки

5. Механический расчет установки

5.1 Расчет толщины обечаек

5.2 Расчет толщины днища и крышки

5.3 Расчёт изоляции колонны

5.4 Расчет штуцеров

5.4.1 Штуцер для ввода исходной смеси

5.4.2 Штуцер для ввода флегмы

5.4.3 Штуцер для отвода кубового остатка

5.4.4 Штуцер для вывода паров дистиллята

5.4.5 Штуцер для ввода паров кубовой смеси

5.5 Расчет весовых характеристик и высоты аппарата. Расчет толщины стенки опоры и катета сварного шва, соединяющего опору с корпусом

6. Расчет кожухотрубчатого теплообменника

6.1 Тепловой и материальный расчет

6.1.1 Определение тепловой нагрузки аппарата

6.1.2 Расход воды

6.1.3 Определение среднелогарифмической разности температур

6.1.4 Ориентировочный выбор теплообменника

6.2.1 Уточненный расчет поверхности теплопередачи

6.2.2 Гидравлическое сопротивление

Заключение

Список литературы

Введение

Ректификация - многократная дистилляция, проводимая таким образом, что восходящий поток пара взаимодействует с нисходящим потоком жидкости, обогащенной легколетучим компонентом. В результате массопередачи поднимающийся пар обогащается легколетучим компонентом, а стекающая жидкость труднолетучим. Ректификация заключается в противоточном взаимодействии паров, образующихся при перегонке, с жидкостью, получающейся при конденсации паров.

Разделение осуществляется обычно в колонных аппаратах при многократном или непрерывном контакте фаз. При каждом контакте из жидкости испаряется преимущественно низкокипящий компонент, которым обогащаются пары, а из паровой - конденсируется преимущественно высококипящий компонент, переходящий в жидкость. В результате обмена компонентами между фазами в конечном счете пары представляют собой почти чистый низкокипящий компонент. Эти пары выходящие из верхней части колоны после их конденсации в отдельном аппарате дают дистиллят (верхний продукт) и флегму - жидкость, возвращающуюся для орошения колоны и взаимодействия с поднимающимися в колоне парами. Снизу удаляется жидкость представляющая собой почти чистый высококипящий компонент - кубовый остаток (нижний продукт). Часть остатка испаряют в нижней части колоны для получения восходящего потока пара.

Ректификация известна с начала девятнадцатого века, как один из важнейших технологических процессов главным образом спиртовой и нефтяной промышленности. В настоящее время ректификацию всё шире применяют в самых различных областях химической технологии, где выделение компонентов в чистом виде имеет весьма важное значение (в производных органического синтеза, изотопов, полупроводников и различных других веществ высокой чистоты).

1. Технологическая схема ректификации

Схема ректификационной установки непрерывного действия

1 - емкость для исходной смеси; 2 - подогреватель; 3 - колонна;

4 - кипятильник; 5 - дефлегматор; 6 - делитель флегмы; 7 - холодильник; 8 - сборник дистиллята; 9 - сборник кубового остатка

Рис. 1.1.

Исходную смесь из емкости 1 центробежным насосом подают в теплообменник 2, где она подогревается до температуры кипения. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну 3, где состав жидкости равен составу исходной смеси x_F . Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике 4. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка x_W ,т. е. обеднен легколетучим компонентом. 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 х_D, получаемой в дефлегматоре 5 путем конденсации пара, выходящего из колонны. Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения - дистиллята, который охлаждается в теплообменнике 7 и направляется в емкость 8.

Из кубовой части колонны насосом непрерывно выводится кубовая жидкость - продукт, обогащенный труднолетучим компонентом, который охлаждается в теплообменнике 7 и направляется в емкость 9.

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

2. Подбор материала

При конструировании химической аппаратуры следует применять стойкие металлические и неметаллические конструкционные материалы в заданных агрессивных средах. Материалы должны быть химически и коррозионностойкими в заданной среде при её рабочих параметрах, обладать хорошей свариваемостью и соответствующими прочностными и пластическими характеристиками в рабочих условиях, допускать холодную и горячую механическую обработку, а также иметь возможно низкую стоимость и быть недефицитными. При выполнении прочностных расчетов в первую очередь сталкиваются с необходимостью оценки общей поверхностной коррозии выбираемого конструкционного материала, характеризующегося проницаемостью П мм/год.

Всегда нужно стремиться к выбору конструкционных материалов, характеризующихся минимальной проницаемостью.

В расчетах аппаратуры на прочность потеря по толщине материала на коррозию учитывается соответствующей прибавкой С, определяемой амортизационным сроком службы аппарата и проницаемость по формуле:

С = ПТ_а= 0,1·20 = 2мм., где П ? 0,1 мм/год.

С - прибавка к расчетным толщинам; П = 0,1мм/год - скорость коррозии; Т_а= 20лет - срок службы аппарата.

Принимаем сталь Х18Н1ОТ, для которой = 134МПа. [4]

[] - допускаемое напряжение.

[] = з = 1·134 = 134МПа

з = 1 - поправочный коэффициент, учитывающий вид заготовки.

Сталь Х18Н1ОТ применяется для обечаек, днищ, фланцев, трубных решеток, болтов, шпилек, валов, патрубков штуцеров, корпусов крышек, тарелок, фланцев и других деталей сварной, кованной, литой химической аппаратуры, работающих со средами средней и повышенной стоимости в пределах t -254 до +600⁰С и неограниченным давлением.

Остальные детали, не соприкасающиеся с токсичной, коррозионной средой, изготовляются из стали ст3.

3. Исходные данные

Таблица 3.1. Данные о равновесном составе пара над жидкостью. [3]

x	y	t	P
0,00 6,47 8,91 12,72 19,23 24,97 29,93 38,04 45,39 64,51 100,00	0,00 31,49 38,82 47,82 57,76 64,43 68,59 74,21 77,52 85,04 100,00	118,7 109,51 106,82 103,71 99,44 96,23 93,99 90,85 88,96 84,72 80,2	760

По данным таблицы строим линию равновесия и диаграмму равновесия между жидкостью и паром при постоянном давлении.

Линия равновесия.

Рис. 3.1.

Диаграмма равновесия между жидкостью и паром при постоянном давлении.

Рис. 3.2.

4. Технологический расчет ректификационной колонны

4.1 Материальный баланс

Уравнение материального баланса.

G_F = G_D + G_W;

G_Fx_F = G_Dx_D+ G_Wx_W,

где G_F , G_D,, G_W -производительность по исходной смеси, дистиллята и кубового остатка; X_F, X_D, X_W - содержание легколетучего компонента в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке, массовые доли.

Для дальнейших расчетов выразим концентрации в мольных долях.

Исходная смесь:

,

где M_Б , M_У.К. - молярная масса бензола и уксусной кислоты

Дистиллят:

Кубовый остаток:

Относительный мольный расход питания F:

Определим минимальное число флегмы R_min:

y=0,68 - мольная доля бензола в паре, равновесном с жидкостью питания, определяем по рис. 3.1.

Определим рабочее число флегмы:

R = 1,3· К+ 0,3 = 1,3· 0,501 + 0,3 = 0,951

Уравнения рабочих линий:

а) верхней (укрепляющей) части колонны:

б) нижней (исчерпывающей) части колонны:

4.2 Определение скорости пара и диаметра колонны

Средние концентрации жидкости:

а) в верхней части колонны

б) в нижней части колонны:

Средние концентрации пара находим по уравнению рабочих линий:

а) в верхней части колонны

б) в нижней части колонны

Средние температуры пара определяем по диаграмме t - (x, y) рис. 3.2.

а) при y`= 0,734 t`= 91,5 ⁰C

б) при y``= 0,317 t``= 109 ⁰C

Средние мольные массы и плотности пара:

а)

б)

Средняя плотность пара в колонне:

Температура вверху колонны при x_D = 0,874 равняется t_D= 81,7 ⁰C, а в кубе - испарителе при x= 0,046 равняется t= 111,7 ⁰C. (см. рис. 3.2.)

Плотность уксусной кислоты при 111,7 ⁰C с_У.К.= 936,94 кг/м, а бензола при 81,7 ⁰C с_Б =813.13 кг/м. [5]

Принимаем среднюю плотность жидкости в колонне:

Определяя скорость пара щ в колонне по данным принимаем расстояние между тарелками h = 300мм, С = 0,032.

Объемный расход проходящего через колонну пара при средней температуре в колонне t= (91,5 + 109)/2 = 100,25 ⁰C

где М_D - молярная масса дистиллята, равная

M_D= 0,874·78 + 0,126·60 = 75,7кг/кмоль.

Диаметр колонны:

По [2] принимаем D = 1600мм, тогда скорость пара в колонне будет:

4.3 Гидравлический расчет колпачковой тарелки

Принимаем следующие размеры колпачковой тарелки:

Высота сливного порога h= 50мм.

Диаметр патрубка принимают из ряда: 50, 75, 100, 125, 150.

Задаемся диаметром патрубка 75мм.

Диаметр колпачка находим из условия равенства скорости пара в газовом патрубке и в кольцевом сечении колпачка (т.е. если скорости пара равны, то равны их площади).

Примем толщину стенки патрубка 3мм.

Принимаем ширину прорези b_пр=5 мм,

высоту прорези h_пр=20 мм.

Количество колпачков на тарелке

Принимаем n = 45 штук.

Длина окружности колпачка:

Количество прорезей

где а - расстояние между прорезями, а=4 мм

Принимаем n_пр.=38

Схема колпачка.

Рис. 3.1.

На каждой тарелке колонны расположено по 45 колпачков, каждый из которых имеет по 38 прямоугольных прорезей размером b h= 5 20мм. Расстояние между прорезями 4мм; расстояние между тарелкой и верхним краем прорезей h= 30мм.

Определяем скорость пара в прорезях:

Гидравлическое сопротивление тарелки в колонне рассчитывается по формуле:

?p = ?p+ ?p+?p

Сопротивление сухой тарелки:

о - коэффициент сопротивления колпачковой тарелки, равен 3,0;

щ - скорость пара в прорезях, м/с;

- средняя плотность пара в колонне.

Сопротивление вызываемого силами поверхностного натяжения:

у=19,8·10^-3 H/м

у - поверхностное натяжение, Н/м;

d - эквивалентный диаметр отверстия

,

где f - площадь свободного сечения прорези; П - периметр прорези.

Тогда

.

Сопротивление столба жидкости на тарелке:

k - относительная плотность газожидкостного слоя, 0,5;

- средняя плотность жидкости в колонне, кг/м³;

l - расстояние от верхнего края прорези до конца порога, 20мм;

?h - градиент уровня жидкости, 10мм.

Общее сопротивление тарелки в колонне:

?p_общ = 230 + 10 + 223 = 463 Н/м²

4.4 Определение числа тарелок и высоты колонны

На диаграмму х-у (см. рис.3.1.) наносим рабочие линии верхней и нижней части колонны и находим число теоретических тарелок. В верхней части колонны n`= 3, в нижней части колонны n``= 3, всего 6 тарелок.

Число тарелок рассчитываем по уравнению:

Для определения среднего к.п.д. з тарелок находим коэффициент относительной летучести разделяемых компонентов, и динамический коэффициент вязкости исходной смеси м при средней температуре в колонне, равной 100,25 ⁰С.

При этой температуре давление насыщенного пара бензола

P_Б= 1344 мм.рт.ст., уксусной кислоты P_У.К.= 420 мм.рт.ст. , откуда .

Динамический коэффициент вязкости при 100,25 ⁰С бензола м_Б=0,26·10Па·с и уксусной кислоты м_У.К.= 0,46·10Па·с.

Принимаем динамический коэффициент вязкости исходной смеси

м = 0,36·10Па·с.

Тогда бм = 3,2· 0,36 = 1,15.

По графику находим з_ср = 0,48 [5, стр. 323].

Длина пути жидкости на тарелке

l = D - 2b = 1600 - 2·300 = 1000 мм = 1,0 м.

По графику находим ?=0.03 [5, стр. 324]

Тогда

з = з(1+?)=0,48(1+0,03)= 0,5

Число действительных тарелок:

· в верхней части колонны

;

· в нижней части колонны

;

Общие число тарелок n = 12, с запасом n_Т = 14, из них в верхней части колонны 7 и в нижней части 7 тарелок.

Высота тарельчатой части колонны:

,

с учетом добавки на люк:

Общее гидравлическое сопротивление тарелок:

4.5 Тепловой расчет установки

Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре - конденсаторе:

где:

где r_Б, r_У.К.- удельные теплоты конденсации бензола и уксусной кислоты при 81,7 ⁰С.

r_Б=391 кДж/кг, r_У.К.=388 кДж/кг [5, табл. XLV, стр. 541-542]

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

Здесь тепловые потери приняты в размере 3% от полезно затрачиваемой теплоты: удельные теплоемкости взяты соответственно при t_D= 81,7 ⁰С, t= 111,7 ⁰С, t= 93,5 ⁰С, которые определены по рис. 3.2. [5, рис. XI, стр. 562]

Расход теплоты в паровом подогревателе исходной смеси:

Здесь тепловые потери приняты в размере 5%, удельная теплоемкость исходной смеси с=2011,2 Дж/кг·К взята при средней температуре

(93,5 + 20)/2 = 57 ⁰С.

Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике дистиллята:

где удельная теплоемкость дистиллята с_D= 1885,5 Дж/кг·К взята при средней температуре (82 + 30)/2 = 56 ⁰С.

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

где удельная теплоемкость кубового остатка с=2178,8 Дж/кг·К взята при средней температуре (111,7 + 30)/2 = 71 ⁰С.

Расход греющего пара, имеющего давление р=3 кгс/см² и влажность 5%:

а) в кубе - испарителе:

б) в подогревателе исходной смеси:

Всего: 0,74 + 0,38 = 1,12 кг/с или 4 т/ч

Расход охлаждающей воды при нагреве её на 20 ⁰С:

а) в дефлегматоре

б) в водяном холодильнике дистиллята

в) в водяном холодильнике кубового остатка

Всего: 0,0877 м³/с или 316 м³/час.

5. Механический расчет установки

5.1 Расчет толщины обечаек

Исполнительную толщину стенки аппарата, нагруженной внутренним избыточным давлением, рассчитывают по формуле:

где

p - внутреннее избыточное давление

р = с·g·h = 2,275·9,81·11,7 = 261,1 Па

с - средняя плотность пара в колонне; h - высота колонны.

Так как среда является слабо агрессивной, то принимаем сталь Х18Н10Т, для которой = 134МПа.

С - прибавка к расчетным толщинам; С = ПТ_а= 0,1·20 = 2мм; П = 0,1мм/год - скорость коррозии; Т_а= 20лет - срок службы аппарата.

[] - допускаемое напряжение.

[] = з = 1·134 = 134МПа

з = 1 - поправочный коэффициент, учитывающий вид заготовки.

ц = 1 - коэффициент сварных швов.

По [4] толщину обечайки примем s = 6мм.

5.2 Расчет толщины днища и крышки

Эллиптические днище и крышка

Рис. 5.1.

Толщина стенки днища и крышки определяется по формуле:

R - радиус кривизны в вершине днища.

R = D - для эллиптических днищ с H = 0,25·D

H = 0,25·1600 = 400мм.

R = 1600мм. ректификация установка теплообменник пар

Принимаем толщину крышки и днища равной толщине стенки 6мм.

Длину цилиндрической отбортованной части днища по [4] принимаем равной h₁ = 50мм.

5.3 Расчёт изоляции колонны

Определим необходимую толщину слоя изоляции аппарата, внутри которого температура 111,7 ⁰С. Примем температуру окружающего воздуха t=10 ⁰С. Изоляционный материал - совелит.

Найдем коэффициент теплоотдачи в окружающую среду лучеиспусканием и конвекцией:

б=9.74+0.07(t_ст- t_возд)= 9.74 + 0.07(35-10)=11.49 Вт/м²*К

t_ст - температура со стороны окружающей среды, t_ст= 35 ⁰С;

Найдем удельный тепловой поток:

q= б(t_ст- t_возд)=11.49(35-10)= 287.25 Вт/м²

Принимая, что все термическое сопротивление сосредоточено в слое изоляции, можно записать:

q= la(t_ст- t_возд)/b

где la= 0.098 - теплопроводность совелита,

b= la(t_ст- t_возд)/q = 0.098(111,7-10)/287,25 = 0,035 м

Т.к. наиболее горячая часть колонны - это куб, то для всей колонны можно принять ту же толщину изоляции.

5.4 Расчет штуцеров

Расчет штуцеров сводится к диаметру штуцера:

щ - скорость жидкости 2м/с, скорость пара 20м/с.

Штуцер с приварным фланцем.

Рис. 5.2.

5.4.1 Штуцер для ввода исходной смеси

V_F = G_F/_F = 5,0/900,5 = 0,005 м³/с где

.

По ОСТ 26-1404-76 примем штуцер с наружным диаметром 89мм, с условным проходом D_у=80 мм.

5.4.2 Штуцер для ввода флегмы.=

По ОСТ 26-1404-76 примем штуцер с наружным диаметром 45мм, с условным проходом D_у=40мм.

5.4.3 Штуцер для отвода кубового остатка

V_w = G_w= 3,28 м³/с

По ОСТ 26-1404-76 примем штуцер с наружным диаметром 57мм, с условным проходом D_у=50мм.

5.4.4 Штуцер для вывода паров дистиллята

V=G_D(R+1)/с_П

_П = ' = 2,45 кг/м³ - плотность пара вверху колонны

V = 1,72(0,951+1)/2,45= 1,37м³/с

По ОСТ 26-1404-76 примем штуцер с наружным диаметром 325мм, с условным проходом D_у=300мм.

5.4.5 Штуцер для ввода паров кубовой смеси

V = G_W/_П

_П = ? = 2,1кг/м³ - плотность пара внизу колонны

V=3,28/2,1=1,56 м³/с

По ОСТ 26-1404-76 примем штуцер с наружным диаметром 377мм с условным проходом D_у=350мм.

Все штуцера снабжаются плоскими приварными фланцами по ГОСТ 1255-67

Фланец штуцера

.

Рис. 5.3.

Табл.5.1. Список штуцеров

Назначение штуцера	Условный проход, мм	Наружный диаметр, мм	Число болтов, шт	Размер болтов
Ввод исходной смеси	80	89	8	М16
Ввод флегмы	40	45	4	М16
Вывод кубового остатка	50	57	4	М16
Вывод паров дистиллята	300	325	12	М20
Ввод паров кубовой остатка	350	377	16	М22

5.5 Расчет весовых характеристик и высоты аппарата. Расчет толщины стенки опоры и катета сварного шва, соединяющего опору с корпусом

5.5.1 Расчет высоты аппарата

H_общ = 3900(высота тарельчатой части) + 2000(опора) + 2800(до 1^-ой тарелки) + 1600 (от последней тарелки) + 600(высота крышки) + 200(вылет штуцера) + 2·50(высота отбортовки) + 500(добавка на люк) = 11700 мм = 11,7 м

H_цил= 2800 + 1090 + 3900 + 2·50 = 7890 мм = 7,89 м

H_ж = n·h_пор + 1.3(переливной порог) = 14·0,05 + 1,3 = 2,0 м

5.5.2 Расчет веса аппарата

Общий вес аппарата оценим путем расчета веса его частей:

Q - вес корпуса;

Q - вес жидкости в колонне;

Q - вес тарелок.

Вес корпуса:

Q= Q+ Q

где Q_ц- вес цилиндрической части корпуса;

Q- вес днища и крышки.

D - внутренний диаметр колонны;

s - толщина обечайки;

Н- высота цилиндрической части корпуса;

с_м- плотность стали, 7850кг/м³.

Q=m_дн·g = 519·9,81 = 5091,39 Н

Вес жидкости:

V- объем днища, 2,037м³ [4]

с_ж- плотность воды, 715,36кг/м³.

Вес тарелок:

5.5.3 Катет сварного шва

L - длина шва;

ф - допустимое напряжение материала, 80МПа.

Примем h= 5мм, т.к. катет шва технологически не может быть меньше половины наименьшей толщины свариваемых деталей.

5.5.4 Толщина стенки цилиндрической опоры

- допустимое напряжения сжатия стали, 100МПа

Принимаем толщину цилиндрической опоры 6мм.

6. Расчет кожухотрубчатого теплообменника

6.1 Тепловой и материальный расчет

Горячий раствор в количестве G_D = 1,72 кг/с охлаждается от t_1н = 82?C до t_1к = 30?С. Начальная температура воды t_2Н = 15?С, в результате охлаждения горячего раствора вода нагревается на 20?С, конечная температура воды t_2К = 35?С. Горячая жидкость при средней температуре t_1ср= 56?С имеет следующие физико-химические характеристики: с₁ = 840 кг/м³, л₁ = 0,14 Вт/м^.К, м₁ = 0,4078^.10³ Н^.с/м², с₁ = 1885,5 Дж/кг^.К. Вода при средней температуре t_2ср = 25?С имеет следующие физико-химические характеристики: с₂ = 997 кг/м³, л₂ = 0,6 Вт/м^.К, м₂ = 0,894^.10³ Н^.с/м², с₂ = 4190 Дж/кг^.К.

6.1.1 Определение тепловой нагрузки аппарата

6.1.2 Расход воды

6.1.3 Определение среднелогарифмической разности температур

?t = [(82-30)-(35-15)]/ln(52/20)= 34?С

6.1.4 Ориентировочный выбор теплообменника

Примем ориентировочное знечение кр. Рейнольдса Re_1ОР = 15000, определим соотношение n/z для труб диаметром d= 20х2мм, 25х2мм:

где n - общее число труб,

z - число ходов по трубному пространству,

d - внутренний диаметр труб.

Примем минимальное ориентировочное значение коэффициента теплопередачи, соответствующее турбулентному течению К_ор= 600Вт/м²·К. При этом ориентировочное значение поверхности теплообмена составит:

6.2.1 Уточненный расчет поверхности теплопередачи

Примем диаметр кожуха D = 400 мм, диаметром труб 252мм, числом ходов z = 2 и общим числом труб n = 100

n/z = 100/2 = 50.[1, стр.60]

Реальное значение числа Рейнольдса Re₁ равно:

Pr₁ =

Коэффициент теплоотдачи к воде, пренебрегая поправкой (Pr/Pr):

Площадь сечения потока в межтрубном пространстве между перегородками S_мтр = 0,025м², тогда:

Pr₂ =

Коэффициент теплоотдачи к жидкости, движущейся в межтрубном пространстве, составит:

Сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений:

Коэффициент теплопередачи:

Требуемая поверхность теплопередачи:

Из выбранного ряда подходит теплообменник с длинной труб 4,0м и номинальной поверхностью F₁ = 31,0 м².

Рассчитаем запас по площади:

6.2.2 Гидравлическое сопротивление

Скорость жидкости в трубах:

Коэффициент трения равен:

Е = Д/d, Д = 0,2мм - высота выступов шероховатостей.

Диаметр штуцеров в распределительной камере:

d_тр.ш =100мм = 0,1м

Скорость в штуцерах:

Гидравлическое сопротивление трубного пространства:

Число рядов труб m = 10, число сегментных перегородок х = 18. Диаметр штуцеров к кожуху d_мтр.ш = 0,1 м, скорость потока в штуцерах

Скорость жидкости в наиболее узком сечении межтрубного пространства площадью S_мтр = 0,012м² равна:

Гидравлическое сопротивление межтрубного пространства:

Длина труб теплообменника 4,0 м.

Macca теплообменника 820 кг.

Число сегментных перегородок 18 шт.

Заключение

В результате курсового проекта рассчитана ректификационная колонна непрерывного действия для разделения бинарной смеси бензол - уксусная кислота, а также холодильник дистиллята (кожухотрубчатый теплообменник) для данной установки.

Колонна имеет диаметр 1600 мм, 45 колпачковых тарелок, высоту 11,7 м, толщину обечайки, крышки и днища 6 мм.

Теплообменник имеет диаметр 325 мм; 100 труб диаметром 25*2 мм, длиной 4,0 м и поверхностью теплопередачи 31,0м².

К достоинствам колпачковых тарелок относятся: высокая интенсивность работы вследствие большой поверхности контакта, устойчивость работы при значительных изменениях нагрузок по газу и жидкости

К недостаткам относятся: высокое гидравлическое сопротивление, сложны по устройству, большие затраты металла, малая предельно допустимая скорость газа.

Список литературы

1. Аристова Н. А., Ноговицына Е.В. Процессы и аппараты химической технологии. Метод. указания к выполнению и оформлению курсовых проектов; Нижнетагил. технол. ин-т (фил.) УГТУ-УПИ.- Нижний Тагил: НТИ (ф) УГТУ-УПИ, 2007. - 68 с.

2. Каталог: Колонные аппараты. М.: ЦИНТИНХИМНЕФТЕМАШ, 1987. 28 с.

3. Коган В.Б., Фридман В.М., Кафаров В.В. Равновесие между жидкостью и паром. Кн.2. М.Л.: Наука, 1966. 1426 с.

4. Лащинский А.А., Конструирование сварных химических аппаратов: Справочник под ред. канд. техн. наук А.Р. Толчинского Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1981. - 382 с., ил.

5. Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учебное пособие для вузов по ред. чл. - корр. АН России П. Г. Романкова. - 13-е изд., стереотипное. Перепечатка с издания 1987г. М.:ООО ТИД "Альянс",2006.-576с.

Размещено на Allbest.ru

...