Введение
Ректификация– это процесс разделения жидких смесей, который сводиться к одновременнопротекающим и многократно повторяемым процессам частичного испарения иконденсации разделяемой смеси на поверхности контакта фаз. Ректификацию чащевсего проводят в колонных аппаратах.
Ректификационныеколонны предназначены для проведения процессов массообмена в химической,нефтехимической и других отраслях промышленности. Колонные аппаратыизготавливают диаметром 400–4000 мм для работы под давлением до 1,6 МПа вцарговом (на фланцах) исполнении корпуса, для работы под давлением до 4,0 МПа –в цельносварном исполнении корпуса.
Взависимости от диаметра, колонные аппараты изготавливают с тарелками различныхтипов. Колонные аппараты диаметром 400–4000 мм оснащают стандартнымиконтактными и распределительными тарелками, опорами, люками, днищами ифланцами. На корпусе цельносваренного аппарата предусмотрены люки дляобслуживания тарелок.
Большоеразнообразие тарельчатых контактных устройств затрудняет выбор оптимальнойконструкции тарелки. При этом наряду с общими требованиями (высокаяинтенсивность единицы объема аппарата, его стоимость и т.д.) ряд требованийможет определяться спецификой производства: большим интервалом устойчивойработы при изменении нагрузок по фазам, способность тарелки работать в средезагрязненных жидкостей, возможностью защиты от коррозии и т.п. Зачастую этикачества становятся превалирующими, определяющими пригодность той или инойконструкции для использования в каждом конкретном процессе.
Расчетректификационной колонны сводиться к определению её основных геометрическихразмеров диаметр и высота. Оба параметра в значительной мере определяютсянагрузками по пару и жидкости, типом тарелки, свойствами взаимодействующих фаз.
Разделяемаясмесь (бензол — толуол) близка по свойствам к идеальной смеси, без образованияазеотропных смесей и других осложнений. Поэтому ректификацию будем проводитьпри атмосферном давлении на колпачковых тарелках. На питание колонны будемподавать исходную смесь, подогретую до температуры кипения; флегму будемподавать в виде жидкости при температуре кипения; кубовый остаток будемиспарять и подавать в виде насыщенного пара в низ колонны.
Даннаясмесь обладает токсичными, коррозийными свойствами. Выберем для изготовленияаппарата качественную легированную сталь Х17Н13М2Т для деталей, сопряженных сорганической смесью [4]. Для всех остальных элементов конструкции – саль Ст3.Выполним аппарат цельносварным с люками для обслуживания.
1. Технологическая схема процессаректификации
Исходнуюсмесь из промежуточной емкости-1 центробежным насосом-2 подают втеплообменник-3, где подогревают до температуры кипения и подают в колонну нату тарелку, где кипит смесь того же состава хF, т.е. наверхнюю тарелку нижней исчерпывающей части колонны. Верхняя часть колонныназывается укрепляющей по легколетучему компоненту.
Внутриректификационной колонны-4 расположены контактные устройства в виде тарелок илинасадки. Снизу вверх по колонне движется пар, поступающий из выносного куба –испарителя (кипятильника)-5 (куб – испаритель может размещаться инепосредственно под колонной). На каждой тарелки происходит частичнаяконденсация пара труднолетучего компонента и за счет конденсации – частичноеиспарение легколетучего компонента. Начальный состав пара примерно равенсоставу кубового остатка хW, т.е. обеднен легколетучим компонентом. Такимобразом, пар, выходящий из куба – испарителя и представляющий собой почтичистый труднолетучий компонент, по мере движения вверх обогащается легколетучимкомпонентом и покидает колонну в виде почти чистого пара легколетучегокомпонента. Для полного обогащения верхнюю часть колонны орошают в соответствиис заданным флегмовым числом жидкостью (флегмой) состава хР,получаемой в дефлегматоре-6 путем конденсации пара, выходящего из колонны. Парконденсируется в дефлегматоре, охлаждаемом водой. Часть конденсата выводится издефлегматора в виде готового продукта разделения – дистиллята, которыйохлаждается в теплообменнике-7 и направляется в промежуточную емкость-8.Флегма, стекая по колонне и взаимодействуя с паром, обогащается труднолетучимкомпонентом.
Изкуба – испарителя отводят нижний продукт или кубовый остаток.
Изкубовой части колонны насосом-9 непрерывно выводится кубовая жидкость – продукт,обогащенный труднолетучим компонентом, который охлаждается в теплообменнике-10и направляется в емкость-11.
/>
Рисунок1. Принципиальная схема ректификационной установки непр. действия:
1-промежуточнаяёмкость
2-центробежныйнасос
3-теплообменник
4–ректификационная колонна
5-куб-испаритель
6-дефлегматор
7-теплообменник
8-промежуточнаяёмкость
9-насос
10-теплообменник
11-ёмкость.
/>ЗАДАНИЕ №1
«Расчетректификационной колонны непрерывного действия»
Провестирасчет ректификационной колонны непрерывного действия для разделения смесибензол-толуол с определением основных геометрических размеров колонногоаппарата, производительность по продукту Р = 120 т/сутки. Тип колонны –тарельчатая, тип тарелки — колпачковая.
СодержаниеНК в смеси (мольн. доля):
Мольнаяконцентрация начальной смеси: XF = 0,4
Мольнаяконцентрация дистиллята: XP= 0,95
Мольнаяконцентрация кубового остатка: XW=0,03
Давлениев колонне P = 1,0 ата.
Исходнаясмесь подогревается предварительно до температуры кипения. Предусматриваетсягорячее орошение колонны.
2.Технологический расчет
Основными задачами технологического расчёта процессаректификации, являются определение основных геометрических размеровректификационной колонны (её диаметра и высоты), а так же расхода греющего парав кубе колонны и охлаждающей воды в дефлегматоре./> 2.1 Материальныйбаланс
Целью составления и решения уравнения материальногобаланса является определение неизвестных материальных потоков.
Температурыкипения веществ при Р=760мм.рт.ст.:
БензолТкип=80,2 ˚С (НК);
ТолуолТкип=110,8 ˚С (ВК).
Молекулярныемассы веществ:
БензолМr=78,11 кг/кмоль;
ТолуолМr=92,13 кг/кмоль.
Расчетпроведем по методике, предложенной в [1].
Уравнениематериального баланса имеет вид:
/> (1)
гдеF– расход исходной смеси, кг/с;
P– расходверхнего продукта, кг/с;
W– расходнижнего продукта, кг/с;
/>– соответствующие массовые доли компонентов, кг/кг.
/>
/> />
F=0.558+0.823= 1.387 />
1.388*0.4=0.558*0.95+ 0.83*0.03
0.555= 0.555
Длярасчетов выразим концентрации питания, дистиллята и кубового остатка в мольныхдолях, X. Mб = 78, Mт= 92– мольные массыбензола и толуола соответственно.
X=(хНК/MНК)/(хНК/MНК+(1-хНК)/ MВК) (2)
XF=(0,4/78)/( 0,4/78+ (1 – 0,4)/92) = 0,0051 кмоль/кмоль смеси
XР = (0,95/78)/( 0,95/78+ (1 – 0,95)/92) = 0,012кмоль/кмоль смеси
XW =(0,03/78)/( 0,03/78+ (1 – 0,03)/92) = 0,00038 кмоль/кмоль смеси.
Дляперевода массовых расходов F, P, W(кг/с) в мольные достаточно каждый из них разделить на соответствующую мольнуюмассу вещества потока, которую можно рассчитать по уравнению:
/> (3)
где/>─ мольные доли компонента,кмоль/кмоль;
/> ─ мольные массы соответствующих компонентов, кг/кмоль;
/>─ мольная масса потока, кг/кмоль.
МсмF=78*0.0051+92(1-0.0051) = 91.928 кг/кмоль
МсмP= 78*0.012+92(1-0.012) = 91.83 кг/кмоль
МсмW= 78*0.00038+92(1-0.000038) = 91.99 кг/кмоль
/> (4)
/> (5)
/> (6)
гдеF, P, W ─массовые расходы, кг/с;
FN, PN, WN─ мольныерасходы, кмоль/с.
/>/>2.2 Построение фазовыхдиаграмм
Сцелью проведения дальнейших материальных расчётов требуется построение линийравновесия t-x-y диаграммы.
Таблица2.2.1 — Содержания низкокипящего и высококипящего компонентов при различныхтемпературах и давлении 760 мм.рт.ст.Т, ˚C
РНК Рвк П x y 80,2 760 300 760 1 1 84 852 333 760 0,823 0,922 88 957 380 760 0,659 0,83 92 1078 432 760 0,508 0,720 96 1204 493 760 0,376 0,596 100 1344 559 760 0,256 0,453 104 1495 626 760 0,155 0,304 108 1659 705 760 0,058 0,128 110,4 1748 760 760 />2.3 Определение рабочегофлегмового числа/>Определение флегмового числа
Атмосферноедавление:
/>
Давлениев колонне:
/>
Строимтаблицу равновесного состава c помощью интерполяции [7, табл.XLVI и рис. XIV]:
/>
/>
/>
/>
/> 80 760 300
/>
/> 84 852 333 0,823 0,922 88 957 379,5 0,659 0,83 92 1078 432 0,508 0,72 96 1204 492,5 0,376 0,596 100 1344 559 0,256 0,453 104 1495 625,5 0,155 0,304 108 1659 704,5 0,058 0,127 110 1748 760
Потаблице находим состав пара равновесного с начальной смесью, с дистиллятом икубовым остатком:
/>;
/>;
/>.
Рабочее(оптимальное) флегмовое число R определяет нагрузки ректификационной колонны по паруи по жидкости и наряду с производительностью колонны обуславливаетгеометрические размеры колонного аппарата и затраты теплоты на проведениепроцесса.
Исходнымпри выборе рабочего флегмового числа является минимальное его значение Rmin.
Rminопределяетсяпо формуле [Иоффе]:
/> (7)
где/> — мольная доля продукта,кмоль/кмоль.
/>.
1.Принимаем коэффициент избытка флегмы:
/>.
Рабочеефлегмовое число:
/>.
Координататочки b:
/>.
Строимкривую равновесия:
/>
Спомощью кривой равновесия находим число теоретических тарелок:
/>.
Находимпроизведение:
/>.
2.Принимаем коэффициент избытка флегмы:
/>.
Рабочеефлегмовое число:
/>.
Координататочки b:
/>.
Строимкривую равновесия:
/>
Спомощью кривой равновесия находим число теоретических тарелок:
/>.
Находимпроизведение:
/>.
3.Принимаем коэффициент избытка флегмы:
/>.
Рабочеефлегмовое число:
/>.
Координататочки b:
/>.
Строимкривую равновесия:
/>
Спомощью кривой равновесия находим число теоретических тарелок:
/>.
Находимпроизведение:
/>.
4.Принимаем коэффициент избытка флегмы:
/>.
Рабочеефлегмовое число:
/>.
Координататочки b:
/>.
Строимкривую равновесия:
/>
Спомощью кривой равновесия находим число теоретических тарелок:
/>.
Находимпроизведение:
/>.
5.Принимаем коэффициент избытка флегмы:
/>.
Рабочеефлегмовое число:
/>.
Координататочки b:
/>.
Строимкривую равновесия:
/>
Спомощью кривой равновесия находим число теоретических тарелок:
/>.
Находимпроизведение:
/>.
Строимзависимость Nm*(R+1)=f(R):
/>
Изграфика видно, что оптимальным будет 2 вариант. Флегмовое число и число теоретическихтарелок при этом будут:
/>
2.4 Определение действительного числа тарелок
Относительнаялетучесть начальной смеси:
/>.
По[1, табл.IX] находим вязкости компонентов:
/>;
/>.
Вязкостьжидкости на питательной тарелке:
/>.
Общийкоэф-т полезного действия в тарелке:
/>.
Числодействительных тарелок:
/>.
Принимаем:
/>./> 2.5 Определениегеометрических размеров тарельчатых колонн
В определение геометрических размеров входятопределение высоты и диаметра колонны.
/>2.5.1 Определение диаметраколонны
Диаметрколонныопределяетсяпоформуле :
/> (10)
гдеV – объёмный расход паров для верха и для низа колонны,м3/с;
ω — скорость пара для верхней и для нижней колонны, м/c;
π –геометрическая постоянная (π =3,14)./> 2.5.2 Определениеобъёмного расхода паров
Определение объёмного расхода паров производиться поформуле:
/> (11)
гдеP – мольный расход, кмоль/с;
R–оптимальное флегмовое число;
Mcp – средняя мольная масса пара, кг/кмоль;
ρп.ср – плотность пара длясреднего сечения, кг/м2.
Средняямольная масса пара определяетсяпоформуле :
/> (12)
гдеMнк,Мвк – мольные массы компонентов,кг/кмоль;;
yср– средниймольный состав пара, кмоль/кмоль.
Средняяплотность пара определяетсяпоформуле :
/> (13)
гдеТ˚=273К;
Р0=760 мм.рт.ст.
Тср – средняя температура кипения смесив среднем сечении верхней части колонны в ˚С (определяется по t-x-y диаграмме позначению yср)
Определение объёмного расхода паров вколонне производиться для верха и для низа колонны отдельно./>/>/>Среднее сечениеверхней части колонны:/>/>/>Средний мольный состав пара определяется по формуле :
/> (14)
где yp и yf-мольные доли компонентов(определяются по x-y диаграмме).
/>
/>= 92,13*0,795 + 78,11*(1-0,795) =89,24 кг/кмоль
/>= 89,24*273/22,4(273+92,2) = 2,97 кг/м3
V= (0,006*(2,43+1)*89,24)/2,97 = 0,62 м3/сек/>/>/> Среднее сечение нижней части колонны:/>/>/>/>Средний мольный состав пара определяется по формуле [3]:/>/>/>/> (15)
где yц и yf-мольные доли компонентов(определяются по x-y диаграмме).
/>
/>= 92,13*0,34 + 78,11*(1-0,34) = 82,87кг/кмоль
/>= 89,24*273/22,4(273+105,95) = 2,66 кг/м3
V= (0,006*(2,43+1)*82,87)/2,66 = 0,64 м3/сек/> 2.5.3 Определениескорости пара
Расчетпроведем по методике предложенной в [1].
Дляколпачковых тарелок предельно допустимая скорость рассчитывается по уравнению:
/> (16)
где/> – диаметр колпачка, м; /> – расстояние от верхнегокрая колпачка до вышерасположенной колонны, м; /> –соответственно плотности жидкой и паровой фазы, кг/м3.
Верхняя часть аппарата:
/> (17)
гдеxср.нк– средний состав жидкостидля верхней части колонны, кмоль/кмоль.
/> (18)
/>
/>
/> м/с
Нижняя часть аппарата:
/> (19)
/>
/>
/> м/с
Определим диаметр колонны для верха идля низа:
Верх. />
Низ: /> Примем D=1000мм
Примем стандартный диаметр колонныодинаковый для верхней и нижней части и равный /> м.
Параметрыколпачковой тарелки типа ТСК-1 Свободное сечение колонны /> м2, длина линиибарботажа 9,3 м, периметр слива /> м,площадь слива 0,05 м2, площадь паровых патрубков 0,073 м2, относительная площадь прохода паров 9%, число колпачков 37, диаметр колпачка /> мм, шаг /> мм, /> мм, высота перелива /> мм. Расстояние междутарелками Ht=0,35[1].2.5.4 Определениевысоты колонныОпределение высоты тарельчатой колонныпроизводиться по следующему уравнению [1]:
/> (20)
где/> -высота тарельчатой(рабочей) части колонны, м;
h – расстояниемежду тарелками, м [1];
h1 — высота сепарационной части над верхней тарелкой, м;
h2 — расстояние от нижней тарелки до днища колонны, м.
Значенияh1 и h2 выбрать в соответствии с практическими рекомендациямив зависимости от диаметра колонны [1]:
H=(16-1)*0.6+0.6+1.5=11.1м
/>3. Тепловой расчет
Взадачу теплового расчета входит определение расхода греющего пара в испарителеколонны и величину ее теплопередающей поверхности, а так же расхода охлаждающейводы в дефлегматор. Способ подвода и отвода тепла осуществляется за счетиспарения части реакционной массы и за счет применения выносных поверхностейтеплообмена./> 3.1 Расчёт испарителя
Расходгреющего пара в кубе колонны рассчитывается на основе составления и решенияуравнения теплового баланса ректификационной колонны
/> (21)
гдеrводы– удельная теплотапарообразования, Дж/кг ;
Р – расход верхнего продукта,кг/с;
W – расходнижнего продукта, кг/с;
Ropt– флегмовоечисло;
/> – энтальпии потоков, Дж/кг;
rcp–средняя удельная теплота фазового перехода, кДж/кг;
Qпот – тепловые потери (от 3% до 5% от тепла греющегопара) [1]:
/> (22)
гдеr –удельная теплота фазового перехода соответствующегокомпонента, Дж/кг [5];
tср = 95,4 ◦С;
rнк = 90
rвк = 87
rср = 90*0,4+87*(1-0,4)= 88,2
rср = 88,2*4190 = 369558 Дж/кг.
/>
Таблица 3.1-Теплоёмкости компонентовпри различных температурах [2].
Низкокипящий ком-т.
Высококипящий ком-т.
Срf, Дж/кг*К
Срp, Дж/кг*К
Срw, Дж/кг*К
Срf, Дж/кг*К
Срp, Дж/кг*К
Срw, Дж/кг*К 2077 1766 2480 2022 1718 2422
/> (23)
где/>– массовые доли компонентов,кг/кг;
Ср — теплоёмкости компонентов приразличных температурах, Дж/кг*К.
F: Cpсм = 2077*0,4+2022*(1-0,4) = 1763,3 Дж/кг*К;
P: Cpсм = 1766*0,95+1766(1-0,95) = 2044 Дж/кг*К;
W: Cpсм = 2480*0,05+2422(1-0,05) = 2424,9 Дж/кг*К.
/> (24)
где I — энтальпиипотоков, Дж/кг;
Т – температура компонентов, ˚C.
IF = 1763,6*81 = 142851,6 Дж/кг;
IP = 2044*95,4 = 194997,6 Дж/кг;
IW = 2424,9*109,6 = 265769,04 Дж/кг.
Dг.п.*(Iг.п.- iк) = 0,558*(194997,6-142851,6) +0,83(265769,04+142851,6) + +0,558*3,16*369558 = 1019886,829
Dг.п. =1019886,829/(0,97*369558) = 2,84 кг/с.
Величину теплопередающей поверхностииспарителя рассчитывают на основе уравнения теплопередачи [5]:
/> (25)
гдеQпот– тепловые потери (от 3% до 5% оттепла греющего пара) [1];
Dг.п(Iг.п.-iк) – расход греющего пара, найденного по формуле (21);
K – коэффициент теплопередачи, выбирается по опытнымданным в пределах от 300 до2500 Вт/м2*К;
ΔТср – средняя движущая сила процесса теплопередачи.
ΔТср определяется поразнице температур между температурой разделяемой смеси (в кубе колоны) итемпературой насыщенного водяного пара при определённом давлении. Обычносредняя движущая сила процесса равна 30 ± 5ºС.
Температура кубового остатка равна Тw=109,6 ºС (см. выше).
Температура насыщенного водяного парапри давлении 3,0 кг/см2 составляет Т=135,9ºС .
/> (26)
∆Tср = 135,9 – 109,6 = 26,3 оС
/>
ТºС ТºС
ΔТср
Рисунок 3.1 — Температурная диаграммадля определения средней движущей силы процесса теплопередачи.
/>
/>3.2 Определение расходаводы в дефлегматоре
При расчёте теплового балансадефлегматора принимается, что пары дистиллята подвергаются полной конденсации.Тогда расход охлаждающей воды составит [5]:
/> (27)
где P – мольныйрасход продукта, кмоль/с;
R – оптимальное флегмовое число;
Mсмp – мольнаямасса продукта, кг/кмоль;
rp – удельная теплота фазового перехода, кДж/кг;
Cp – теплоёмкость воды, кДж/кг*К [2];
Cp=4190 Дж/кг*К
Tк, Tн– конечная и начальнаятемпература охлаждения воды, ˚C. Обычно принимается Tн=12˚C Tк=45˚C
/> (28)
где rp–удельная теплота фазового перехода определённого компонента, кДж/кг [2];
rp = 90*0,95 + 88*(1-0,95) = 89,9*4190 = 376681 Дж/кг
Mсмp = 91,83 кг/кмоль
/>/> 3.3 Расчеттепловой изоляции
Основной целью расчета тепловой изоляции являетсявыбор теплоизоляционного материала и расчет его толщины для минимизациитепловых потерь в окружающую среду и обеспечения требований техникибезопасности. Расчет тепловой изоляции проводят из условий заданной температурынаружного слоя изоляции, которая не должна превышать 45°С. Толщину слоятеплоизоляционного материала определяют по формуле:
/> (29)
где/> – температура внутреннегослоя изоляции tст.=45˚C.
/>– теплопроводность слоя изоляции.
Примемтемпературу внутреннего слоя тепловой изоляции равной температуре среды вколонне. />.
Выберемв качестве теплоизоляционного материала асбест с /> Вт/м*К.
Величинутепловых потерь в окружающую среду /> рассчитаемпо уравнению теплоотдачи [3]:
/>, (30)
где/> – суммарный коэффициенттеплоотдачи конвекцией и излучением, Вт/м2*К.
/> Вт/м2*К.
/> м.
/>4. Гидравлический расчет
Основнойцелью гидравлического расчета является определение гидравлическихсопротивлений, которые возникают в процессе прохождения пара черезректификационную колонну из куба через контактные устройства в дефлегматор.Потери напора для всех ректификационных колонн позволяют рассчитать необходимоеповышение температуры кипения смеси в кубе колонны.
/> (31)
гдеΔРс – сопротивление сухой тарелки, Па;
ΔРж –сопротивление слоя жидкости, Па;
ΔРб –сопротивление за счёт поверхностного натяжения жидкости, Па; (незначительноможно пренебречь).
/> (32)
гдеω. — скорость пара в горловине колпачка, м/с;определяется по объемному расходу пара и свободному сечению тарелки, м2/c.
/> (33)
Верхняя часть аппарата
/>
Нижняя часть аппарата
/>
Сопротивление слоя жидкости
/> (34)
где
hб – высота барботажного слоя жидкости на тарелке, м;
ρж– плотностьжидкости, кг/м3;
q –ускорение свободного падения (g=9,8м/с2).
hб=0,055м
Верхняя часть аппарата
/>
Нижняя часть аппарата
/>
Полное гидравлическое сопротивлениедля верха и для низа колонны составляет:
Верхняя часть аппарата />
Нижняя часть аппарата/>
/>5. Механический расчет основного аппарата
Цельмеханического расчета ректификационной колонны является определение размеровотдельных частей и элементов колонны, которые удовлетворяли бы условиямтехнологической целесообразности, механической прочности и устойчивости./>5.1 Расчет толщины стенок и опорыаппарата
Обечайка– это цилиндрический корпус аппарата, который работает, как правило, подизбыточным внутренним или внешним давлением.
Опорыдля аппаратов в химической промышленности выбираются из расчета максимальнойнагрузки, которую опора должна выдержать, во время испытания. Материал опорывыбирается в зависимости от температуры рабочей среды, емкости аппарата и т.д.Выберем сталь В Ст3 сп3 ГОСТ 380-71.
Толщина стенки обечайки рассчитывается по уравнению:
/> (35)
где/> – давление в аппарате,МПа;
/> – диаметр обечайки, мм;
/> – предельно допускаемое напряжение для материалаизготовления, МПа;
/> – коэффициент прочности сварного шва, примем равным единице;
/> – прибавка.
/> – прибавка на коррозию и эрозию, примем 1,0 мм;
/> – прибавка на минусовое отклонение по толщине листа, примем 0,7мм;
/> – технологическая прибавка, примем 0,51 мм.
Предельнодопускаемое напряжение для данного материала равно /> МПа.
/> мм.
По расчётам, толщина обечайки равняется 2,42, но потехническим требованиям толщина стенки должна составлять минимум 10 миллиметров [4].
Для подбора опор необходимо определить массу инагрузку аппарата.
Определение массы аппарата.
Массакорпуса:
/> (36)
гдеН – высота аппарата, м;
π– геометрическая постоянная (π=3,14);
D – диаметрколонны, м ;
s – толщинастенки, м [4];
ρ – плотность стали, кг/м2[4].
/>кг.
Масса крышки и днища:
/> (37)
гдеD – диаметр колонны, м ;
s – толщинастенки, м [4];
ρ – плотность стали, кг/м3[4].
/> кг.
Массатарелок:
/> (38)
гдеN – действительное число тарелок;
mm– масса одной тарелки, кг.
/> кг.
Массаводы при испытании:
/> (39)
гдеπ – геометрическая постоянная (π =3,14);
D – диаметрколонны, м;
s – толщинастенки, м [4];
ρв – плотностьводы, кг/м2 [2].
/> кг.
Масса аппарата:
/> (40)
/>кг
/>кг
/>кг
Переведемв МН:
/> (41)
гдеМап– масса аппарата, кг;
g –ускорение свободного падения (g=9,8м/с2).
/> МН
Подберемопору:
Таблица 5.1 — Основные размерыцилиндрических опор для колонных аппаратов [4]
Q, MH
Д, мм
D1, мм
D2, мм
Dб, мм
S1, мм
S2, мм
S3, мм
d2, мм
dб, мм
Число болтов, Zб 0,4 1200 100 200 500 150 240 140 50 45 32
/>5.2 Расчёт и подбор патрубков для подвода и отводапотоков,/>/> подборфланцевых соединений
Присоединениетрубной арматуры к аппарату, а также технологических трубопроводов для подводаи отвода различных жидких и газообразных продуктов производиться с помощьюштуцеров или вводных труб. По условиям работоспособности чаще всего применяютсяразъемные соединения (фланцевые штуцера).
Вхимических аппаратах для разъемного соединения составных корпусов и отдельныхчастей применяются фланцевые соединения, преимущественно круглой формы. Нафланцах присоединяются к аппаратам трубы, арматура и т.д.
Диаметрусловного прохода (внутренний диаметр) штуцеров для подвода и отвода продуктоврассчитывается на основе уравнения массового расхода и округляется доближайшего стандартного значения
Расчетдиаметра патрубков для отвода и подвода проводится по уравнению:
/> (42)
гдеG–определенный расход, кг/с;
π– геометрическая постоянная (π=3,14);
ω – скорость движениямаловязкой жидкости под давлением, м/с;
ρ – плотность потока, приопределенных условиях, определяется по формуле (17), кг/м3 .
Вход исходной смеси:
/>=0,0051кг/кг Тf=95,4˚C
w=2м/с
/>
/>
/>
Выход кубового остатка :
/>0,00038кг/кг Тw=109,6˚C
w=0,1м/с
/>
/>
/>
Вход флегмы:
/>0,012кг/кг Тp=81˚C
w=20м/с
/> (43)
/> (44)
где R –оптимальное флегмовое число;
P – массовыйрасход продукта, кг/с.
/>
/>
/>
Выход пара:
Тр=81˚C
w=30м/с
/>/> (45)
Плотностьпара определяется по формуле (13):
/>
/>
Выход жидкости из куба:
Тw=109,6˚C
w=1м/с
/> (46)
/>
/>
Вход пара:
Тw=109,6˚C
w=25м/с
/> (47)/>
/>
Таблица 5.2-Размеры фланцевых штуцеровс внутреннем базовым давлением ОСТ 26-426-79 [4]. Назначение Dy, мм Df, мм Db, мм D, мм dн, мм h, мм dб, мм z s, мм Выход пара 150 315 280 174 160 18 16 8 3,5 Вход флегмы 32 140 110 38 48 12 14 4 3 Вход пара 200 370 355 225 210 20 16 8 3,5 Выход жидкости из куба 80 205 170 97 85 14 16 4 3,5 Выход кубового остатка 125 260 225 148 135 14 16 4 3,5 Вход исходной смеси 32 140 110 38 48 12 14 4 3 Для манометра 25 100 75 60 33 8 12 4 3 Для указателя уровня 20 90 65 50 26 8 12 4 3 Для установки уровнемера 25 100 75 60 33 8 12 4 3 Для термометра ртутного 25 100 75 60 33 8 12 4 3 />5.3 Подбор крышек, днищ дляколонных аппаратов
Днищаявляются одним из основных элементов химических аппаратов. Цилиндрическиецельносварные корпуса как горизонтальных, так и вертикальных аппаратов,ограничиваются днищами. Наиболее распространенной формой днищ в сварныххимических аппаратах является эллиптическая форма с отбортовкой на цилиндр.
Таблица4.3. Размеры эллиптических отбортованных стальных днищ с внутренними базовымидиаметрами ГОСТ 6533-78, мм [4].
Dвн
S, мм
h, мм
hв, мм
Fв, м2
Vв, м3 1000 4 50 250 1,24 0,17
Заключение
Впроцессе проделанной работы была рассчитана ректификационная установка дляразделения смеси бензол-толуол.
Былиполучены следующие данные:
диаметрколонны -1000 мм;
высотаколонны – 11,1 м;
толщинацилиндрической обечайки, эллептического днища и крышки 10 мм.
Вкачестве перераспределителя жидкости принята тарелка ТСК-I.
Рассчитаныматериальный и тепловой баланс установки, построены — графики и таблицы.
/>Список литературы
/>/>/>1 Гусев В.П. Процессы иаппараты химической технологии. Расчет теплообменных аппаратов / Методическиеуказания к курсовому проектирования для студентов Томского химико-технологическогоколледжа. – Т.: ТХТК. 1994.- 70 с.
/>/>/>2 Гусев В.П., Гусева Ж.А…Процессы и аппараты химической технологии. Физико-химические итермодинамические свойства веществ / Методическое пособие к выполнениюкурсового проекта по процессам и аппаратам химической технологии, в 2-х частях/ Часть 2. – Т.: ТХТК, 1994. — 69 с.
3 Дытнерский Ю. И. Основные процессы и аппаратыхимической технологии: пособие по проектированию. — М.: Химия, 1983. — 272 с.
4 Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основыконструирования и расчета химической аппаратуры. Справочник. – Л.: Машгиз,1970. – 753 с.
5 Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратовхимической технологии. — Л.: Химия, 1991.- 352 с.
6 Справочник химика. ТомIII:Химическое равновесие и кинетика. Свойства растворов. Электродные процессы. М.:Химия, 1964, 1093с.
7 Брисов Г.С., Брыков В.П.,Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие попроектированию. М.: Химия, 1991. 496с.