Автор работы: Пользователь скрыл имя, 13 Июня 2013 в 23:25, курсовая работа
Возможность разделения жидкой смеси на составляющие её компоненты ректификацией обусловлена тем, что состав пара, образующегося над жидкой смесью, отличается от состава жидкой смеси в условиях равновесного состояния пара и жидкости. Сущность процесса ректификации рассмотрим на простейшем примере разделения двухкомпонентной смеси, как и в случае нашего задания по курсовому проектированию, где требуется спроектировать ректификационную установку для разделения смеси «бензол-толуол». При ректификации исходная смесь делится на две части: часть, обогащенную легколетучим компонентом (ЛЛК), называемую дистиллятом, и часть, обедненную ЛЛК, называемую кубовым остатком.
К выступающим отрезкам труб привариваются фланцы плоские стальные (4, стр. 547).
5. Выбор насосов
5.1 Насос для подачи исходной смеси:
Выбираем центробежный насос марки Х45/31
5.2 Насос для подачи флегмы в колонну и насос для подачи дистиллята в холодильник:
Выбираем центробежный насос марки Х45/31
6. Расчет кожухотрубчатого конденсатора (дефлегматора).
6.1 Определение данных для расчета.
Молярный расход паров:
Массовый расход паров:
где: Мср – молярная масса пара, равная 78.364;
Удельная теплота конденсации смеси: r = 519.6 кДж/кг;
Температура конденсации: 80.5 о С;
Свойства конденсата при температуре конденсации:
Плотность:
Динамическая вязкость:
Коэффициент теплопроводности:
Тепло конденсации отводим водой с начальной температурой:
Примем температуру воды на выходе из конденсатора:
При средней температуре t = 20 о С воды имеет следующие свойства:
Плотность:
Теплоемкость:
Теплопроводность:
Динамическая вязкость:
Прандтль:
6.2 Тепловой расчет.
6.2.1 Тепловая нагрузка аппарата:
6.2.2 Расход воды:
6.2.3 Средняя разность температур:
6.2.4 Ориентировочное значение поверхности:
По каталогу ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШа, 1991г., «Кожухотрубчатые теплообменные аппараты общего и специального назначения» принимаем наиболее близкий к ориентировочному значению площади поверхности конденсатор КНГ: двухходовой, с одной плоской и одной эллиптической крышкой, диаметром кожуха 800 мм, длиной труб – 4000мм, диаметром труб 25х2 мм и поверхностью теплообмена 138 м2.
Проводим тепловой расчет выбранного конденсатора:
Число Рейнольдса:
Коэффициент теплоотдачи к воде:
Коэффициент теплоотдачи от пара,
конденсирующегося в пучке
Сумма термодинамических
Коэффициент теплопередачи:
Требуемая поверхность теплообмена:
Имеем запас по площади:
Толщину обечайки кожуха дефлегматора по рекомендации каталога ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШа, 1991г., «Кожухотрубчатые теплообменные аппараты общего и специального назначения» принимаем 10 мм.
Диаметры штуцеров для входа и выхода охлаждающей воды по каталогу – 250 мм. Диаметр штуцера для входа пара и соответствует штуцеру выхода пара из колонны, а штуцер для слива конденсата соответствует штуцеру для входа флегмы.
6.3 Расчет трубных решеток и фланцев кожуха.
Толщина трубной решетки, исходя из закрепления труб развальцовкой с обваркой, определяется из условия:
где: dн – наружный диаметр трубы, равный 25 мм;
tр – шаг между трубами, равный 43 мм.
В соответствии с ГОСТ 28759.2 – 90 «Фланцы сосудов и аппаратов плоские приварные» для конденсатора с D = 800 мм и Ру = 0.6 Мпа толщина фланцев равна 40 мм. Так как фланцы у нас являются одной деталью с трубной решеткой, то толщина ее, соответственно, тоже 40 мм.
7. Расчет и выбор теплообменников.
7.1 Кипятильник
Исходные данные:
Расход пара, кг/с:
Коэффициент теплопередачи, Вт/м2К:
Температура жидкости, оС:
Температура греющего пара, оС:
Удельная теплота
Удельная теплота конденсации воды, кДж/кг:
Тепловая нагрузка аппарата, Вт:
Расход греющего пара, кг/с:
Средняя разность температур, оС:
Площадь поверхности теплообмена:
По каталогу ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШа, 1991г., «Кожухотрубчатые теплообменные аппараты общего и специального назначения», выбираем испаритель ИН-1 одноходовой с площадью теплообмена 41 м2. Диаметр кожуха - 600 мм, длина труб – 2000мм, количество – 131шт.
7.2 Холодильник.
Исходные данные:
Расход дистиллята, кг/с:
Коэффициент теплопередачи, Вт/м2К:
Температура дистиллята, оС:
Температура охлаждающей воды, оС:
Теплоемкость воды, Дж/кгК:
Тепловая нагрузка аппарата, Вт:
Расход охлаждающей воды, кг/с:
Средняя разность температур, оС:
Площадь поверхности теплообмена, м2:
По каталогу ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШа, 1991г., «Кожухотрубчатые теплообменные аппараты общего и специального назначения», выбираем холодильник ХК двухходовой с площадью теплообмена 24 м2. Диаметр кожуха - 426 мм, длина труб – 3000 мм.
7.3 Рекуператор.
Исходные данные:
Расход греющей жидкости (кубовая жидкость), кг/с:
Расход обогреваемой жидкости (исходная смесь), кг/с:
Коэффициент теплопередачи, Вт/м2К:
Температура исходной смеси, оС:
Температура кубовой жидкости, оС:
Теплоемкость исходной смеси:
Теплоемкость кубовой жидкости:
Тепловая нагрузка аппарата:
Конечная температура исходной смеси:
Средняя разность температур:
Площадь поверхности теплообмена:
По каталогу ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШа, 1991г., «Кожухотрубчатые теплообменные аппараты общего и специального назначения», выбираем теплообменник одноходовой с площадью теплообмена 77 м2. Диаметр кожуха - 600 мм, длина труб – 3000 мм.
7.4 Подогреватель.
Исходные данные:
Расход исходной смеси, кг/с:
Коэффициент теплопередачи, Вт/м2К:
Температура жидкости, оС:
Температура греющего пара, оС:
Удельная теплота конденсации воды, кДж/кг:
Тепловая нагрузка аппарата, Вт:
Расход греющего пара, кг/с:
Средняя разность температур, оС:
Площадь поверхности теплообмена:
По каталогу ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШа, 1991г., «Кожухотрубчатые теплообменные аппараты общего и специального назначения», выбираем теплообменник двухходовой с площадью теплообмена 51 м2. Диаметр кожуха - 600 мм, длина труб – 3000 мм.
8. Тепловой баланс процесса ректификации.
Q1 + Q2 + Q3 = Q4 + Q5 + Q6
Q1 = 3154000 - тепло, поступающее в кипятильник ректификационного аппарата с греющим паром, Вт.
Q2 = 1286600 - тепло, поступающее с разделяемой смесью, Вт.
Q3 = 428900 - тепло, поступающее с флегмой, Вт.
Q4 = 3849000 - тепло, уходящее с парами, Вт.
Q5 = 102298 – тепло, уходящее с остатком, Вт.
Q6 – тепло, выделяемое в окружающую среду.
Q6 = Q1 + Q2 + Q3 - Q4 - Q5 = 918202 Вт.
Для снижения тепловых потерь возможно применение тепловой изоляции как на колонне и теплообменниках, так и на трубопроводах.
Список литературы:
Информация о работе Ректификационная установка для разделения смеси бензол - толуол