Автор: Пользователь скрыл имя, 05 Ноября 2011 в 21:55, курсовая работа
Современная промышленность требует все больше чистых и особо чистых материалов. Поэтому производство становится еще более важными, сложным и дорогостоящими, а технологиям по разделению веществ и их очистке от примесей уделяется все большее внимание.
Наиболее распространенной промышленной технологией разделения является ректификация. Основы современной промышленной ректификации в настоящем ее виде были заложены около 40-50 лет назад [2
Введение………………………………………………………….………… ……... 5
Основные теоретические положения процесса бинарного разделения смеси этилацетат-толуол, с помощью колпачковой ректификационной колонны………………………………………………………………….…..7
1.1.Теоретические основы процесса ректификации……………….…......7
1.2. Выбор конструкционного аппарата................................. …………..15
1.3. Физико-химическая характеристика продуктов…………………....16
1.4. Выбор конструкции материала……………………………….……....18
2. Технологический схема………………………………………………..…...22
2.1. Материальный баланс колонны………………………………..…...…22
2.2 Рабочее флегмовое число……………………………………..………..22
2.3. Средние массовые расходы по жидкости и пару……………….......29
3. Диаметр колонны и скорость пара…………………………………….......32
3.1. Средняя температура верха и низа колонны…....................................32
3.2. Плотности жидкой и паровой фазы …..................................................33
3.3. Максимальная скорость пара и диаметр колонны в верхней части колонны………………..………………………………………………….…35
3.4. Максимальная скорость пара и диаметр колонны в нижней части
колонны……………………..………………………………………..…...…36
3.5. Выбор диаметра колонны……………………………………………...37
3.6. Действительные рабочие скорости паров…………………… ……..38
4. Высота и полное гидравлическое сопротивление колонны…………….38
4.1. Выбор тарелки……………………………………………………...…...39
4.2. Расчет высота переливного устройства тарелки………………….......40
4.3. Эффективность тарелки в верхней части колонны………………...…43
4.4. Эффективность тарелки в нижней части колонны…………………..44
4.5. Высота колонны………………………………………………..........….47
5. Определение числа и размера колпачков…………………………………..48
6. Расчет гидродинамического сопротивления ……………………… …..…49
7. Тепловой баланс………………………………………….…………….…......52
8. Расчет аппарата на прочность……………………………………………..…55
8.1. Расчёт толщины стенки обечайки………………………………………55
8.2. Расчёт толщины днища …………………………………………………55
8.3. Определение толщины тепловой изоляции …………………………....56
9. Расчёт и выбор вспомогательного оборудования……………………….....58
9.1. Расчёт диаметра трубопроводов………………………………………...58
9. 2. Расчёт теплообменного оборудования…………………………………63
9.1. Расчёт дефлегматора……………………………………………………..63
9.2. Расчёт водяного холодильника кубового остатка……………………..67
9.3. Расчёт водяного холодильника дистиллята…………...………………..69
9.4. Расчёт куба-испарителя…………...……………………………………..70
9.5. Расчёт подогревателя исходной смеси……………………………….....71
10. Объём и размеры ёмкостей для исходной смеси и продуктов
разделения……………………………………………………………………73
10.1. .Расчёт ёмкости для исходной смеси………………………………..…73
10. 2. Расчёт ёмкости для дистиллята…………………………………….….73
10.3. Расчёт ёмкости для кубового остатка……………………………….…74
11. Напор и марка насосов…………….……………………………………….…74
11.1. Расчёт и выбор насоса для подачи исходной смеси………………..…74
11.2. Выбор запасного насоса для подачи исходной смеси…….……….…78
11.3. Расчёт и выбор насоса, стоящего на выходе кубового остатка из ёмкости ………………………………………………………………………..78
11.4. Расчёт и выбор насоса, стоящего на выходе дистиллята из ёмкости3……………………………………………………………………….79
Заключение ……………………………………………………………………..…..81
Библиографический список…………………………………………
Определим
коэффициент теплопередачи:
Тогда
требуемая поверхность
Следовательно, поверхность F = 52 м2 подходит.
ж) определим гидравлическое сопротивление в трубном пространстве ∆ртр.
Расчёт
ведём по формуле:
где ωтр
– скорость в трубках конденсатора, которая
определяется по формуле:
λ -
коэффициент трения, определяемый по формуле:
где e = - относительная шероховатость труб:
∆
- высота выступов шероховатостей (∆ =
0,2 мм).
ωтр. ш - скорость воды в штуцерах, определяемая по формуле:
где dш
– диаметр условн [1]2}
9.2. Расчёт водяного холодильника кубового остатка
а) из теплового баланса тепловая нагрузка аппарата равна Q =
= Q3 = Вт.
б) расход
воды V2 = 0,016 м3/с.
где ρ2
– плотность воды при 30 °С, равная 995 кг/м3.
в) средняя разность температур будет равна:
Тепло отводится водой с начальной температурой t2H = 20 °С. Температура воды на выходе из холодильника t2К = 40 °С. Тогда средняя температура воды в холодильнике t2 = 30 °С.
Температурная схема:
109,2→25
40←20
——————
∆tб = 69,2 ∆tм = 5
Так как
Средняя
разность температур:
г)
определим ориентировочное
Расчёт ведём по формуле:
Кор - коэффициент теплопередачи от жидкости к жидкости (для вынужденного движения).
В соответствии
с табл. 2.1 (см. выше) примем Кор
= 800 .
Наиболее близкое к заданному значению в соответствии с таблицей принимает холодильник с диаметром кожуха D = 600 мм диаметром труб d0 = 25 х 2 мм, числом ходов z = 1 и общим числом труб n = 257, L = 3 м, F = 61 м2.
[7, с 51]
9.3. Расчёт водяного холодильника дистиллята
а) тепловая нагрузка аппарата из теплового баланса равна Q = Q2 = =147330,45 Вт.
б) расход воды V2 = 0,0017 м3/с.
где ρ2
– плотность воды при 30 °С, равная 995 кг/м3.
в) определим среднюю разность температур:
Примем, что тепло отводится водой с начальной температурой t2H = 20 °С. Температура воды на выходе из холодильника t2К = 40 °С. Тогда средняя температура воды в холодильнике t2 = 30 °С.
Температурная схема:
93,8→25
40←20
——————
∆tб = 53,8 ∆tм = 5
Так как
Средняя
разность температур:
г) определим ориентировочное значение поверхности теплообмена:
Расчёт
ведём по формуле:
Кор - коэффициент теплопередачи от жидкости к жидкости (для свободного движения).
В соответствии
с табл. 2.1 (см. выше) примем Кор
= 140..
Наиболее
близкое к заданному значению
в соответствии с таблицей принимает
холодильник с диаметром кожуха
D = 400 мм диаметром труб d0
= 25 х 2 мм, числом ходов z = 1 и общим числом
труб n = 111, L = 6 м, F = 52 м2.
9.4. Расчёт куба-испарителя
а) тепловая нагрузка аппарата из теплового баланса равна Q = QК = =2592340,5 Вт.
б) расход греющего пара GГ.П. = 1,27кг/с.
в) определим среднюю разность температур:
∆tср
= tп- tр
где tп – температура конденсации пара при рабс = 4 ;
tр – температура кипения раствора при рабс = 1 .
∆tср = 142,9 – 77,15 = 65,75 °С.
г) определим ориентировочное значение поверхности теплообмена:
Расчёт
ведём по формуле:
Кор - коэффициент теплопередачи от конденсирующегося водяного пара к кипящей жидкости.
В соответствии с табл. 2.1 (см. выше) примем Кор = 400 .
Наиболее
близкое к заданному значению
в соответствии с таблицей принимает
испаритель с диаметром кожуха
D = 600 мм диаметром труб d0
= 25 х 2 мм, числом ходов z = 1 и общим числом
труб n = 257, L = 4 м, F = 81 м2.
[8]
9.5. Расчёт подогревателя исходной смеси
а) тепловая нагрузка аппарата из теплового баланса равна Q = Q1 =
=1088399,5 Вт.
б) расход греющего пара GГ.П. = 1,27 кг/с.
в) определим среднюю разность температур:
Тепло подводится паром, имеющим давление рабс = 4 .
Температурная схема:
142,9→142,9
105,4←20
——————
∆tм = 37,5 ∆tб = 122,9
Так как
Средняя
разность температур:
г) определим ориентировочное значение поверхности теплообмена:
Расчёт
ведём по формуле:
Кор - коэффициент теплопередачи от конденсирующегося водяного пара к органической жидкости.
В соответствии с табл. 2.1 (см. выше) примем Кор = 150 .
Наиболее
близкое к заданному значению
в соответствии с таблицей принимает
подогреватель с диаметром
Таблица 6
Таблица теплообменников.
| Аппарат | Диаметр кожуха, D, мм | Диаметр труб, d0 , мм | Число ходов, z | Общее число труб, n | Длина трубок, L, м | Поверхность теплообмена, F, м2 |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| Дефлегматор | 400 | 25 х 2 | 1 | 111 | 6 | 52 |
| Водяной холодильник кубового остатка | 600 | 25 х 2 | 1 | 257 | 3 | 61 |
| Водяной холодильник дистиллята | 400 | 25 х 2 | 1 | 111 | 6 | 52 |
| Куб-испаритель | 600 | 25 х 2 | 1 | 257 | 4 | 81 |
| Подогреватель исходной смеси | 600 | 25 х 2 | 1 | 257 | 6 | 121 |
Таким
образом, для процесса ректификации
выбраны одноходовые кожухотрубчатые
теплообменники. При выборе учтены простота
устройства и компактность аппарата (например,
в нашем случае нет четырёх- и шестиходовых
теплообменников), расход металла на единицу
переданного тепла и другие технико-экономические
показатели, также конструкция теплообменников
удовлетворяет ряду требований, зависящих
от конкретных условий протекания процесса
теплообмена (тепловая нагрузка аппарата,
температура и давление, при которых осуществляется
процесс, агрегатное состояние и физико-химические
свойства теплоносителей, их химическая
агрессивность, условия теплоотдачи, возможность
загрязнения рабочих поверхностей аппарата
и др.).
10. Объём и размеры ёмкостей для исходной смеси и продуктов разделения
Расчёт ёмкостей ведём по следующей формуле:
где G – массовый расход исходной смеси, дистиллята и кубового остатка в зависимости от ёмкости, ;
τ – время, необходимое для проведения процесса, с, τ = 24 ч = 86400 с;
ρ – плотность раствора соответственно при ХF, ХР, ХW, .
10.1. .Расчёт ёмкости для исходной смеси
Температуру исходной смеси определяем по диаграмме « t – x,y »:
ХF = 0,11 кмоль/кмоль см. – 77,5 °С.
Тогда
ρ = 825.
По
таблице выбираем в соответствии
с ГОСТ 6533-78 подходящую ёмкость типа
ГЭЭ (горизонтальный корпус с эллиптическим
днищем и крышкой) номинальной вместимостью
160 м3. [8]
10. 2. Расчёт ёмкости для дистиллята
Температуру исходной смеси определяем по диаграмме « t – x,y »:
ХР = 0,933 кмоль/кмоль см. – 103 °С.
Тогда
ρ = 798 .
Выбираем днища эллиптические отбортованные стальные для аппарата в соответствии с ГОСТ 6533-78 номинальной вместимостью 160 м3.
10.3. Расчёт ёмкости для кубового остатка