Расчет и проектирование тарельчатой ректификационной колонны непрерывного действия

Температура охлаждающей воды, поступающей в дефлегматор- конденсатор t_в.вх = 20 °C. Температуру воды, выходящей из теплообменника, примем t_в.вых = 40 °C.

Температурная схема процесса:

81,8 ѕѕ® 25

40 ¬ѕѕ 20

Средняя разность температур по формуле (3.68) равна:

Средняя температура дистиллята равна:

Средняя удельная теплоёмкость бензола при °C c_б = 1773 Дж/(кг•К).

Средняя удельная теплоёмкость толуола при °C c_т = 1715 Дж/(кг•К).

Средняя удельная теплоёмкость дистиллята по формуле (3.71) равна:

Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике дистиллята определяется по формуле:

(3.98)

Зададимся минимальным и максимальным значениями коэффициента теплопередачи для случая передачи теплоты от углеводородов при свободном движении К_мин = 120 и К_мин = 270 [3].

Максимальная площадь поверхности теплообмена по формуле (3.73) равна:

Минимальная площадь поверхности теплообмена по формуле (3.74) равна:

Расход охлаждаемой воды в холодильнике по формуле (3.95) равен:

Коэффициент динамической вязкости бензола при ^оС м_б = 0,45 мПа•с.

Коэффициент динамической вязкости толуола при ^оС м_т = 0,432 мПа•с.

Вязкость смеси равна:

Минимальное и максимальное сечение потока в межтрубном пространстве согласно формулам (3.96 и 3.97) равно:

Минимальное сечение трубного пространства на один ход по формуле (3.96) равно:

Максимальное сечение трубного пространства на один ход по формуле (3.97) равно:

Выбираем шестиходовой кожухотрубчатый теплообменник с диаметром кожуха 800 мм, диаметром труб 25х2 мм, числом труб 384, поверхностью теплообмена 60 м², длиной труб 2 м.

Холодильник кубового остатка

Рассчитаем теплообменный аппарат для охлаждения кубового остатка.

Охлаждение кубового остатка производится водой. Для расчёта выберем кожухотрубчатый теплообменник. Направим кубовый остаток в трубное пространство, а охлаждающую воду в межтрубное.

Температуру кубового остатка определим по t - x,y диаграмме из приложения Д, рисунка Д.1 при x_w = 0,016 t_w = 109,3 °C. Температуру куба, выходящего из теплообменника, примем t_w' = 25 °C.

Температура охлаждающей воды, поступающей в дефлегматор- конденсатор t_в.вх = 20 °C. Температуру воды, выходящей из теплообменника, примем t_в.вых = 40 °C.

Температурная схема процесса:

104,2 ѕѕ® 25

40 ¬ѕѕ 20

Средняя разность температур по формуле (3.68) равна:

Средняя температура кубового остатка:

Средняя удельная теплоёмкость бензола при ^оС c_б = 1831 Дж/(кг•К) [3].

Средняя удельная теплоёмкость толуола при ^оС c_т = 1742 Дж/(кг•К) [3].

Средняя удельная теплоёмкость кубового остатка по формуле (3.71) равна:

Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике кубоовго остатка определяется по формуле:

(3.99)

Зададимся минимальным и максимальным значениями коэффициента теплопередачи для случая передачи теплоты от углеводородов при вынужденном движении К_мин = 120 и К_мин = 270 [3].

Максимальная площадь поверхности теплообмена по формуле (3.73) равна:

Минимальная площадь поверхности теплообмена по формуле (3.74) равна:

Расход охлаждаемой воды в холодильнике куба по формуле (3.95) равен:

Коэффициент динамической вязкости бензола при ^оС м_б = 0,417 мПа•с.

Коэффициент динамической вязкости толуола при ^оС м_т = 0,404 мПа•с.

Вязкость смеси равна:

Минимальное и максимальное сечение потока в межтрубном пространстве согласно формулам (3.96 и 3.97) равно:

Минимальное сечение трубного пространства на один ход по формуле (3.96) равно:

Максимальное сечение трубного пространства на один ход по формуле (3.97) равно:

Выбираем шестиходовой кожухотрубчатый теплообменник с диаметром кожуха 800 мм, диаметром труб 25х2 мм, числом труб 384, поверхностью теплообмена 121 м², длиной труб 4 м [1].

Кипятильник

Рассчитаем теплообменный аппарат для кипячения кубовой жидкости. Нагрев производится греющим паром абсолютного давления 0,25 МПа. Для расчёта выберем кожухотрубчатый теплообменник.

Температуру кипения исходной смеси, дистиллята и кубового остатка определим по t - x,y диаграмме из приложения Д, рисунка Д.1.

При x_f = 0,37 t_f = 97,8 °C. При x_p= 0,91 t_p= 81,8 °C. При x_w = 0,025 t_w = 110 °C.

Средняя удельная теплоёмкость бензола при:

t_f = 97,8 ^оС c_б = 2000 Дж/(кг•К). t_p = 81,8 ^оС c_б = 1925 Дж/(кг•К). t_w = 110 ^оС c_б = 2058 Дж/(кг•К).

Средняя удельная теплоёмкость толуола при:

t_f = 97,8 ^оС c_т = 1910 Дж/(кг•К). t_p = 81,8 ^оС c_т = 1896 Дж/(кг•К). t_w = 110 ^оС c_т = 2022 Дж/(кг•К).

Средние удельные теплоёмкости исходной смеси, дистиллята и кубового остатка по формуле (3.71) равны:

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

(3.100)

Средняя разность температур определяется по формуле:

(3.101)

Зададимся минимальным и максимальным значениями коэффициента теплопередачи для случая передачи теплоты от конденсирующегося водяного пара к органическим жидкостям при вынужденном движении К_мин=120 и К_мин=270 [3].

Максимальная площадь поверхности теплообмена по формуле (3.73) равна:

Минимальная площадь поверхности теплообмена по формуле (3.74) равна:

Коэффициент динамической вязкости бензола при ^оС м_б = 0,241 мПа•с.

Коэффициент динамической вязкости толуола при ^оС м_т = 0,252 мПа•с.

Вязкость смеси равна:

Минимальное сечение трубного пространства на один ход по формуле (3.96) равно:

Максимальное сечение трубного пространства на один ход по формуле (3.97) равно:

Выбираем одноходовой кожухотрубчатый испаритель с диаметром кожуха 1000 мм, диаметром труб 25х2 мм, общим числом труб 747, поверхностью теплообмена 235 м², длиной труб 4 м [3].

3.3 Выбор трубопровода

Подберем оптимальный диаметр трубопровода для отвода пара с верха колонны. Примем скорость пара в трубопроводе 30 м/с.

Объёмный расход пара определим по формуле:

(3.102)

Оптимальный диаметр трубопровода можно определить из уравнения:

(3.103)

Выберем стандартный трубопровод диаметром 325х10 мм [1].

Подберем оптимальный диаметр трубопровода для ввода флегмы в колонну. Примем скорость жидкости в трубопроводе 2,5 м/с.

Объёмный расход жидкости в верхней части колонны определяется по уравнению:

(3.104)

Оптимальный диаметр трубопровода по формуле (3.103) равен:

Выберем стандартный трубопровод диаметром 56х3,5 мм [1].

Подберем оптимальный диаметр трубопровода для ввода исходной смеси в колонну. Примем скорость жидкости в трубопроводе 2,5 м/с.

Объёмный расход исходной смеси определяется по уравнению:

(3.105)

Оптимальный диаметр трубопровода по формуле (3.103) равен:

Выберем стандартный трубопровод диаметром 56х3,5 мм [1].

Подберем оптимальный диаметр трубопровода для выхода кубовой жидкости из колонны. Примем скорость жидкости в трубопроводе 2,5 м/с.

Объёмный расход кубовой жидкости определим по уравнению:

(3.106)

Оптимальный диаметр трубопровода по формуле (3.103) равен:

Выберем стандартный трубопровод диаметром 76х4мм [1].

Подберем оптимальный диаметр трубопровода для ввода пара кубовой жидкости в колонны. Примем скорость пара в трубопроводе 30 м/с.

Объёмный расход пара кубовой жидкости определим по уравнению:

(3.107)

Оптимальный диаметр трубопровода по формуле (3.103) равен:

Выберем стандартный трубопровод диаметром 325х10 мм [1].

Подберем оптимальный диаметр трубопровода для выхода кубового остатка из колонны. Примем скорость жидкости в трубопроводе 2,5 м/с.

Плотность бензола при t_ср = 53,2 °C равна с_б = 848 кг/м³. Плотность толуола при t_ср = 53,2 °C равна с_т = 837 кг/м³. Плотность смеси найдём по формуле:

(3.108)

Объёмный расход кубового остатка определим по уравнению:

(3.109)

Оптимальный диаметр трубопровода по формуле (3.103) равен:

Выберем стандартный трубопровод диаметром 48х3 мм [1].

Заключение

При выполнении данного курсового проекта были закреплены полученные теоретические знания за прошедший период обучения.

Целью проекта является проектирование тарельчатой ректификационной колонны непрерывного действия для разделения бинарной смеси этилового спирта, который подаётся при температуре кипения. Исходными данными для решения были: производительность колонны G_f=9т/ч; начальная концентрация X_f = 50%; требуемый состав дистиллята X_d =93%; состав кубового остатка X_w = 4%; тип тарелки - тарельчатая.

В ходе решения поставленной передо мной задачи, была освоена методика и получены навыки проектирования, которые будут востребованы при выполнении, как курсовых, так и дипломного проекта.

При расчёте были подобраны стандартные изделия, такие как штуцера, корпус, опора и днище.

Таблица штуцеров

Размещено на Allbest.ru