3
Московская Государственная Академия
Тонкой Химической Технологии
им. М.В. Ломоносова
Кафедра процессов и аппаратов химических технологий
Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту
по расчету ректификационной установки
Студент: гр. ХТ-405
Руководитель:
Москва 2002
ПЛАН
ВВЕДЕНИЕ
Цель и задачи курсового проектирования
Описание технологической схемы
Выбор конструкционного материала
Расчет контактных устройств6
Расчет потоков дистиллята и кубового остатка
РАСЧЕТ ГАБАРИТОВ КОЛОННЫ
Расчет габаритов верха колонны
Расчет габаритов низа колонны
Расчет гидравлического сопротивления колонны
РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННОЙ АППАРАТУРЫ
Диаметры штуцеров
Расчет кубового испарителя
Расчет конденсатора-дефлегматора
Подогреватель исходной смеси
Водяной холодильник дистиллята
Водяной холодильник кубового остатка
Расчет и выбор конденсатоотводчиков
Расчет емкостных аппаратов
Расчет тепловой изоляции
Расчет центробежного насоса
Расчет толщины обечайки
Список использованной литературы
Равновесные данные:
Смесь: Ацетон - Бензол.
x |
y |
t |
|
0 |
0 |
86,1 |
|
1 |
3,52 |
79,2 |
|
5 |
14,96 |
76,35 |
|
10 |
25,31 |
73,6 |
|
20 |
46,3 |
69,7 |
|
30 |
51,47 |
66,75 |
|
40 |
60,3 |
64,5 |
|
50 |
67,85 |
62,65 |
|
60 |
74,64 |
61 |
|
70 |
81 |
59,6 |
|
80 |
87,37 |
58,35 |
|
90 |
93,71 |
57,25 |
|
95 |
96,87 |
56,7 |
|
99 |
99,37 |
56,27 |
|
100 |
100 |
56,18 |
1) По равновесным данным необходимо построить диаграммы T(x,y) и (x,y) для смеси ацетон-бензол.
А є Ацетон Ма = 46 кг/кмоль
Б є БензолМб = 78 кг/кмоль
2) Пересчитываем известные концентрации а0, а1 и а2 в x0, x1 и x2:
3) Расчет минимального флегмового числа:
определяем по диаграмме (x,y) по x1:
» 44
4) Расчет рабочего флегмового числа:
R=sЧRmin=1,2*2,45=2,94
5) Расчет отрезка "b" для построения рабочей линии укрепляющей части колонны:
6) Построение рабочей линии на диаграмме (x,y) и определение числа теоретических тарелок:
nут=5nот=11
Для расчета числа реальных тарелок необходимо найти их КПД.
7) Расчет КПД тарелок:
Расчет ведется для питающей тарелки
х1=0,23 моль/моль
Поскольку смесь подается при температуре кипения, t1 определяется по диаграмме Т(х, у) по х1.
t1»68,8°C
При этой температуре определяется давление насыщенных паров компонентов:
Рa»1100 мм Hg
Рб»31 мм Hg
Необходимо рассчитать коэффициент относительной летучести:
Вязкость жидкой смеси:
mА и mВ определяются при t1 = 68,8°С:
ma » 0,22 сп
mб » 0,36 сп
aЧmсм=35,5*0,315=11,18
Средний КПД тарелок по диаграмме:
h » 0,25
8) Расчет числа реальных тарелок:
Nобщ=20+44=64
Расчет потоков дистиллята и кубового остатка
По правилу рычага второго рода:
П(а2-а0) =W1(a1-a0)
Проверка:
П+W0=W1
0,30+1,9=2,2 кг/с
Расчет габаритов колонны
Расчет габаритов верха колонны:
=П(R+1)
Рекомендуемая скорость пара равна:
а) Расчет плотности жидкости:
ra и rб определяются при температуре дистиллята tд=t2»68,8 (по диаграмме Т(х, у)):
ra » 719 кг/м3
rб » 805 кг/м3
б) Расчет плотности пара:
pu=RT2
в) Расчет рекомендуемой скорости пара:
»1,04м/с
Расчет габаритов низа колонны.
Рекомендуемая скорость пара рассчитывается при температуре t0»77°C (диаграмма T(x,y))
а) Расчет плотности жидкости:
ra»724кг/м3
rб»818кг/м3
б) Расчет плотности пара:
Рекомендуемая скорость пара:
м/с
в) Расчет :
Расчет rкуб производится по принципу аддитивности:
rкуб=raЧa0+ rбЧ(1-a0)
при t0=77°С
rкуб=500*0,025+396Ч(1-0,025) »398,6кДж/кг
Расчет Qкип.
Qкип=W0Чc0Чt0-W1Чc1Чt1+П(RЧrд+iп)
По диаграмме Т(x,y) определяем:
- по х1t1=63,8°C - по х2t2=56,7°C - по х0t0=77°C
Вычисляем теплоемкости смеси при разных температурах:
с0=сaЧa0+сб(1-a0) =0,58*4, 19*0,025+4, 19*0,45*(1-0,025) =1,47кДж/кгК
с1=сaЧa1+сб(1-a1) =0,555·4, 19*0,15+0,444*4, 19*0,85=1,93 кДж/кгЧК
с2=сaЧa2+сб(1-a2) =
0,546·4, 19*0,925+0,43*4, 19*0,075=2,25 кДж/кгЧК
Значения сa и сб взяты из номограммы
При температуре t2=56,7°C удельная теплота парообразования дистиллята:
при t2 = 56,7 °С
rД=raa2+rб(1-a2) =522,4·0,925+410,7·(1-0,925) =595,5 кДж/кг
Энтальпия пара:
iп =c2·t2+rд=2,25·56,7+595,5»654,5 кДж/кг
Qкип=1,9·1,47·77-2,22·1,93·63,8+0,3(2,45·595,5+654,5) =575,7 кВт
Теперь можно рассчитать диаметр колонны:
Расчет высоты.
H = h(Nобщ-1) +Zв+Zн = 0,5(64-1) +2+1 = 34,5 м
Габариты колонны.
Н = 34,5 м
d=1000мм
Расчет гидравлического сопротивления тарелочной части колонны.
Общее гидравлическое сопротивление тарелки:
ДР=ДРс+ДРу+ДРж, Па.
Ї Расчет потери напора пара на преодоление местных сопротивлений на сухой (неорошаемой) тарелке
ДРс=о , Па.
Коэффициент сопротивления для клапанной тарелки о= 3,6 по [5, стр.25]
Скорость пара в отверстии тарелки: м/с
ДРс=3,6* Па.
Ї Расчет сопротивления, вызываемого силами поверхностного натяжения.
ДРу= , Па.
dэ=d0=40 мм - эквивалентный диаметр отверстия тарелки.
При єC
уА=15,9*10-3 Н/м [1, стр.501, табл. XXII]
уб=22,1*10-3 Н/м
уср= Н/м
ДРу= Па.
Ї Расчет статистического сопротивления слоя жидкости на тарелке.
ДРж=КА*hж*сж*g, Па
Относительная плотность парожидкостной смеси КА=0,5-0,7
Средняя плотность жидкости
сж= кг/м3
высота слоя жидкости на тарелке
hж = hw +how
высота перегородки hw=0,03-0,05м
Подпора жидкости на сливной перегородке:
how =
Периметр слива П =1,12 м
Объемный расход жидкости
R=2,94
K/моль см
м3/с
how = м
hж=0,04+0,02=0,06 м
ДРж=0,5*0,06*770*9,81=226,6 Па
И так ДР=514+1,9+226,6=642,5 Па
Проверим, соблюдается ли при расстоянии между тарелками 0,5 м необходимые для нормальной работы тарелок условие:
h >1,8*
0,4 >1,8*
0,4 > 0,17 => условия выполняются
Полное сопротивление тарельчатой колонны определяется числом тарелок
nУ =64 в колонне.
ДРполное =ДР* nУ =642,5*64=31120 Па.
Расчет диаметров штуцеров.
1) Штуцер для ввода исходной смеси.
d=, или
исходные данные: =2,22 кг/с
=0,23
t1= 63,8 єC
сA=640,1 кг/ м3
сВ=829,2 кг/ м3
щ1=0,9м/с
с1=Х1*сА+(1-Х1) *сВ=0,23*640,1+(1-0,23) *829,2=785,7 кг/ м3
d==0,06м =60мм
Принимаю
Dу=50мм,dн=55мм, S=3,5мм, Н=120мм
2) Штуцер для вывода пара из колонны.
d =, мм
Исходные данные: =1,3 кг/с
=10-20 м/с
=1,67 кг/м3
d==0,35м =350 мм
Принимаю
Dу=350 мм, dн=358 мм, S=4 мм, Н=235 мм
3) Штуцер для ввода флегмы.
d=, мм
Исходные данные: =0,882 кг/с
=724,8 кг/м3
=0,5-1,0 м/с
d==0,045 м =45 мм
Принимаю
Dу=50 мм, dн=55 мм, S=3,5 мм, Н=120 мм
4) Штуцер для вывода кубового остатка.
d=, мм
Исходные данные: =1,7 кг/с
=0,5-1,0 м/с [7, стр.41]
=815,3кг/м3
d==0,06 м =60 мм
Принимаю
Dу=50 мм, dн=55 мм, S=3,5 мм, Н=120 мм
5) Штуцер для ввода парожидкостной смеси.
d=, или
f=0,25*fтр
fтр= 0,176 м2
d==0,237 м =237 мм
Принимаю
Dу=250 мм, dн=260 мм, S=5 мм, Н=175 мм
6) Штуцер для вывода жидкости.
d=, мм
Исходные данные: =1,9 кг/с
=0,5-1,0 м/с
=815,3кг/м3
d==0,06 м =60 мм
Принимаю
Dу=50 мм, dн=55 мм, S=3,5 мм, Н=120 мм
Тепловой баланс ректификационной установки
1) Расход тепла в кипятильнике:
(рассчитан выше)
2) Расход греющего пара в кипятильнике:
По (3, стр.525, табл. LVII) через давление греющего пара P =0,4 MПа=4 ат находим удельную энтальпию пара:
=4ат rкон=2744
кг/с
3) Расход тепла дефлегматора:
Qg=Dм* rдис
Qg = 1,3*595,5=774 кВт
4) Расход охлаждающей воды в дефлегматоре при нагреве её на 20єC:
В интервале температур 9-20 єC вода имеет теплоемкость Cв = 4, 19
кг/с
5) Расход тепла в подогревателе:
Qn= щ1 * C1 * t1=2,22*1,93*63,8=273,4
6) Расход греющего пара в подогревателе:
кг/с
7) Общий расход греющего пара:
0, 20+0,09=0,29 кг/с
8) Расход тепла холодильника:
- дистиллята:
= П * t2 * C2 =0,3 *56,7 * 2,25=38,3 кВт
- кубового остатка:
= щ0 * t0 * C0 =1,9* 77 * 1,47=215 кВт
9) Расход охлаждающей воды при нагреве её на 20 єC в холодильнике:
- дистиллата:
кг/с
- кубового остатка:
кг/с
10) Общий расход охлаждающей воды:
кг/с
Расчет кубового кипятильника
1) Расход тепла в кипятильнике:
Qкип = 575,7 кВт
2) Расход гр. Пара в кипятильнике:
3) Подготовка к расчету коэффициента теплопередачи:
В трубах смесь, в межтрубном пространстве - теплоноситель (конденсированный пар)
Движущая сила процесса:
Dt = T-t = 45,8°С
Коэффициент теплопередачи от конденсирующегося пара к жидкости:
А) Для водяного пара:
, где x - высота труб
с = 0,943 - для вертикальных теплообменников
А0 = 12,92·103 [7, c.149]
kор = 600 Вт/м2·К.
Выбираем теплообменник по каталогу:
Одноходовой теплообменник типа ТН и ТЛ:
F = 21 м2
l = 1500 мм-длина трубы
dнґs = 38ґ2 [мм]
nтруб=121
fтр =0,11 м2-трубное пространство
Б) Характеристика стенки:
Выбор материала из которого изготавливать трубки:
Стальl=46,5 [3, c.529, табл. XXVIII]
По каталогу [4, с.414] выбираем толщину стенки:
d=2мм
В) Для кипящего бензола:
В0 = 40·р0,3·j3 [7]
(коэффициент, включающий различные теплофизические константы)
Бензол: Вода:
r = 815 кг/м3r = 972 кг/м3 [3, c.512, табл. IV]
m = 0,316·10-3 Па·сm = 0,357 10-3 Па·с [3, c.516, табл. IX]
М = 78 г/мольМ = 18 г/моль [3, c.541, табл. XLIV]
p = рверха + Dрполн = 1,3 бар
В0 = 40·1,30,3·0,4653 = 4,8
4) Расчет коэффициента теплопередачи:
kрасч = 1902 Вт/м2·К.
5) Расчет поверхности теплообмена:
Одноходовой теплообменник типа ТН и ТЛ:
F = 7 м2
H = 1500 мм-высота трубы
dнґs = 25ґ2 [мм]
nтруб=61
fтр =0,021м2-трубное пространство
Dнар = 325 мм
Расчёт дефлегматора
1) Расход тепла:
Qд=774 кВт
2) Расход охлаждающей воды:
Gвдеф=9,23 кг/с
3) Расчет движущей силы теплообменного процесса:
°C
4) Расчет термического сопротивления:
Материал трубок:
Стальl=46,5 [3, c.529, табл. XXVIII]
толщина стенки:
d=2мм(dґS: 25ґ2)
5) Предварительный выбор теплообменного устройства:
Задаемся ориентировочным коэффициентом теплопередачи кор = 500 Вт/(м2·К) (при вынужденном движении, при передаче тепла от конденсирующегося пара к воде, границы задания ориентировочных значений к=300ё800)
[3, c.172, табл.4.8]
Ориентировочная поверхность теплообмена:
Для одноходового теплообменника ближайшей является F=71м2.
l = 5000 мм-длина трубы
dнґs = 38ґ2 [мм]
nтруб=121
fтр =0,11 м2-трубное пространство
Расчет скорости воды:
Оценка режима течения:
nводы = 0,66 м2/с
- это развитый турб. режим (Re > 104)
6) Расчет a2:
Расчет значения критерия Нуссельта по формуле:
el=1(т. к. l/d > 50)
По номограмме [3, c.564, рис. ХIII] определяется значение критерия Прандтля: Pr = 3,4
7) Расчет интенсивности теплообмена:
c=0,72 - для горизонтальных труб
8) Расчет коэффициента теплопередачи:
kop=500 Вт/(м2·К)
k=397,9 Вт/(м2·К)
9) Выбор теплообменника по каталогу [4, c.417]:
Одноходовой теплообменный аппарат типа ТН или ТЛ:
F = 97 м2
fтр = 0,176 м2
nтруб=511
Подогреватель исходной смеси
где
По каталогу [4, c.416] выбираем одноходовой теплообменник со следующими характеристиками:
F = 28 м2
l = 2000 мм-высота трубы
dнґs = 38ґ2 [мм]
fтр =0,11 м2-трубное пространство
Dнар = 600 мм
Водяной холодильник дистиллята
где
F = 9 м2
l = 1000 мм-высота трубы
dнґs = 25ґ2 [мм]
fтр =0,0042 м2-трубное пространство
Dнар = 400 мм
Водяной холодильник кубового остатка.
где
По каталогу [4, c.413] выбираем одноходовой теплообменник со следующими характеристиками:
F = 19 м2
l = 4000 мм-высота трубы
dнґs = 25ґ2 [мм]
fтр =0,0021 м2-трубное пространство
Dнар = 325 мм
Подбор и расчет конденсатоотводчиков.
При давлении на входе не менее 0,1 МПа и противодавлении не более 50% давления на входе устойчиво работают термодинамические конденсатоотводчики. Они применяются для отвода переохлажденного конденсата.
Расчетное количество конденсата после теплопотребляющего аппарата:
кг/с =0,86 т/ч
кг/с =0,36 т/ч
Давление греющего пара перед конденсатоотводчиком:
P1=0,95*Pгр=0,95*4=3,8 ат
Давление после конденсатоотводчика при свободном сливе конденсата:
Р2=0,1 ат.
Условная пропускная способость:
КVу=, где
ДР = Р2 - Р1 - перепад давления на конденсатоотводчике, ат.
А - коэффициент, учитывающий температуру конденсата и перепад давлений на конденсатоотводчике (определяется по графику).
т/с
мм
Подбираем конденсатоотводчик для кипятильника:
Dу=50 мм; L=200 мм; L1=24 мм; Hмакс=103 мм; H1=60 мм; D0=115 мм
т/с
мм
Подбираем конденсатоотводчик для подогревателя:
Dу=20 мм; L=100 мм; L1=16 мм; Hмакс=63 мм; H1=22,5 мм; D0=67 мм
В данном проекте используют термодинамические конденсатоотводчики 45Ч12ИЖ для автоматического отвода из пароприемника конденсата водяного пара рабочей температуры до 200 єC.
Расчет и выбор вспомогательного оборудования
Расчет емкостей.
Для приема исходной смеси (Е1), кубового остатка (Е2) и дистиллата (Е3) должны быть предусмотрены резервуары. Размеры последних рассчитываются, исходя из условий обеспечения непрерывности работы установки в течение 6 часов (ф) и заполнении их на 0,8 емкости (К3).
Расчет резервуара для хранения исходной смеси.
Исходные данные: a1=0,15 масс дол.
W1 =2,22 кг/с;
ф=6ч =21600 с; сА=791,0 кг/м3
К3=0,8; сВ=879,0кг/м3 при 20 єC
кг/м3
м3
Подбираю емкость ГЭЭ1-1-100-0,6.
Dвн=3200 мм L(H) =16700 мм
Расчет резервуара для хранения дистиллата.
Исходные данные: d2=0,925 масс дол.
П =0,55 кг/с;
ф=21600 с; сА=791,0 кг/м3
К3=0,8; сВ=879,0кг/м3 при 20 єC
кг/м3
м3
Подбираю емкость ГЭЭ1-2-125-0,6.
Dвн=2400 мм L(H) =4500 мм
Расчет резервуара для хранения кубового остатка.
Исходные данные: a0=0,025 масс дол.
W0 =1,9 кг/с;
ф=21600 с; сА=791,0 кг/м3
К3=0,8; сВ=879,0кг/м3 при 20 єC
кг/м3
м3
Подбираю емкость ГЭЭ1-1-100-0,6.
Dвн=3200 мм L(H) =16700 мм
Расчет толщины тепловой изоляции ректификационной установки.
Расчет толщины тепловой изоляции проводится по формуле:
, где
бВ =9,3+0,058* - коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду, Вт/м2 *К.
- температура изоляции со стороны окружающей среды.
=20 0С
- температура изоляции со стороны колонны. Ввиду незначительного термического сопротивления стенки аппарата по сравнению с термическим сопротивлением слоя изоляции:
? При Ргр =4ат. > =142,9 0С
- температура окружающей среды (воздуха). Температура воздуха в г. Ярославле зимой - 20 0С.
лu - коэффициент теплопроводности изоляционного материала в качестве материала для тепловой изоляции выбираю совелит (85% магнезии и 15% асбеста). По (1, стр.504, табл. XXVIII) для совелита лu =0,09
бВ =9,3+0,058 * 40 =11,6
м
Принимаю толщину тепловой изоляции 0,23м и для других аппаратов.
! | Как писать дипломную работу Инструкция и советы по написанию качественной дипломной работы. |
! | Структура дипломной работы Сколько глав должно быть в работе, что должен содержать каждый из разделов. |
! | Оформление дипломных работ Требования к оформлению дипломных работ по ГОСТ. Основные методические указания. |
! | Источники для написания Что можно использовать в качестве источника для дипломной работы, а от чего лучше отказаться. |
! | Скачивание бесплатных работ Подводные камни и проблемы возникающие при сдаче бесплатно скачанной и не переработанной работы. |
! | Особенности дипломных проектов Чем отличается дипломный проект от дипломной работы. Описание особенностей. |
→ | по экономике Для студентов экономических специальностей. |
→ | по праву Для студентов юридических специальностей. |
→ | по педагогике Для студентов педагогических специальностей. |
→ | по психологии Для студентов специальностей связанных с психологией. |
→ | технических дипломов Для студентов технических специальностей. |
→ | выпускная работа бакалавра Требование к выпускной работе бакалавра. Как правило сдается на 4 курсе института. |
→ | магистерская диссертация Требования к магистерским диссертациям. Как правило сдается на 5,6 курсе обучения. |
Дипломная работа | Формирование устных вычислительных навыков пятиклассников при изучении темы "Десятичные дроби" |
Дипломная работа | Технологии работы социального педагога с многодетной семьей |
Дипломная работа | Человеко-машинный интерфейс, разработка эргономичного интерфейса |
Дипломная работа | Организация туристско-экскурсионной деятельности на т/к "Русский стиль" Солонешенского района Алтайского края |
Дипломная работа | Разработка мероприятий по повышению эффективности коммерческой деятельности предприятия |
Дипломная работа | Совершенствование системы аттестации персонала предприятия на примере офиса продаж ОАО "МТС" |
Дипломная работа | Разработка системы менеджмента качества на предприятии |
Дипломная работа | Организация учета и контроля на предприятиях жилищно-коммунального хозяйства |
Дипломная работа | ЭКСПРЕСС-АНАЛИЗ ФИНАНСОВОГО СОСТОЯНИЯ ООО «АКТ «ФАРТОВ» |
Дипломная работа | Психическая коммуникация |