Проект ректификационной установки непрерывного действия (ПЭ,ПАХП 000000 000 ПЗ) - Курсовая работа

Для более полного обогащения верхнюю часть колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом жидкостью (флегмой) состава xp, получаемой в дефлегматоре Д путем конденсации пара, выходящего из колонны. Средняя плотность жидкости по высоте колонны определяется по уравнению: (13) где ra, rв - плотности низкокипящего и высококипящего компонентов при средней температуре в колонне, соответственно, кг/м3. а) в верхней части колонны б) в нижней части колонны Рекомендуемую скорость пара w в колонне рассчитывают по уравнению: (19) где C - коэффициент, зависящий от конструкции тарелок, расстояния между тарелками, рабочего давления в колонне, нагрузки колонны по жидкости; ?ж, ?п - плотности жидкости и пара, кг/м3. Принимаем расстояние между тарелками h=450мм, тогда для колпачковых тарелок C=0,066. а) Нижняя часть колонны: Скорость пара: Диаметр колонны: а) Верхняя часть колонны: Скорость пара: Диаметр колонны: Средняя скорость пара по колонне: (21) Коэффициент динамической вязкости жидкости при температуре 20?C равен: а) в верхней части: б) в нижней части: Коэффициент диффузии ацетона в уксусной кислоте при t=20?C: а) в верхней части: б) в нижней части: Расчет коэффициента b: а) в верхней части колонны: б) в нижней части колонны: Коэффициент диффузии ацетона в уксусной кислоте при средней температуре: а) в верхней части колонны: б) в нижней части колонны: Рассчитываем коэффициент динамической вязкости в верхней и нежней частях колонны при средней температуре: а) в верхней части колонны при t=61?C, : б) в нижней части колонны при t=69?C, : Диффузионный критерий Прандтля: а) для верхней части колонны: б) для нижней части колонны: Средняя мольная масса жидкости в колонне: а) для верхней части: б) для нижней части колонны: Определяем коэффициенты массоотдачи: а) для верхней части колонны: б) для нижней части колонны: Число реальных тарелок nд находим путем построения ступенчатой линии между кинетической кривой и рабочими линиями в пределах от хр до xw.В данном курсовом проекте приведен расчет ректификационной установки непрерывного действия для разделения смеси ацетон-этанол. Также приведен расчет вспомогательного оборудования.

Ректификация известна как один из важнейших технологических процессов главным образом спиртовой и нефтяной промышленности. В настоящее время ректификацию все шире применяют в самых различных областях химической технологии, где выделение компонентов в чистом виде имеет весьма важное значение (в производствах органического синтеза, изотопов, полимеров, полупроводников и различных других веществ высокой чистоты).

Ректификация - процесс разделения одинарных, бинарных и много компонентных смесей на составляющие практически чистые компоненты. Относится к группе массообменных процессов. Осуществляется в противоточных колонных аппаратах с контактными элементами (тарелками), называемых ректификационными колоннами. Колонна является основным аппаратом ректификационной установки. Она должна иметь максимальную поверхность контакта фаз, обладать максимальной пропускной способностью по пару и жидкости, иметь максимальное гидравлическое сопротивление.

Колпачковые тарелки с капсульными колпачками до недавнего времени считали лучшими контактными устройствами для ректификационных и абсорбционных аппаратов благодаря простоте эксплуатации и универсальности.

Вода (оксид водорода ) - химическое вещество в виде прозрачной жидкости , не имеющей цвета запаха и вкуса . Является хорошим сильнополярным растворителем . Вода обладает также высоким поверхностным натяжением среди жидкостей, уступая в этом только ртути.

Уксусная кислота (этановая кислота) - органическое вещество с формулой CH3COOH. Слабая, предельная одноосновная карбоновая кислота . Представляет собой бесцветную жидкость с характерным резким запахом и кислым вкусом . Гигроскопична . Неограниченно растворима в воде . Смешивается со многими растворителями . Уксусную кислоту применяют для получения лекарственных и душистых веществ, как растворитель (например, в производстве ацетилцеллюлозы , ацетона ). Она используется в книгопечатании и крашении. Уксусная кислота используется как реакционная среда для проведения окисления различных органических веществ. В лабораторных условиях это, например, окисление органических сульфидов пероксидом водорода , в промышленности - окисление пара-ксилола кислородом воздуха в терефталевую кислоту .

1. Технологическая схема ректификационной установки

Технологическая схема ректификационной установки представлена на рисунке 1.1. Исходную смесь из промежуточной емкости Е1 центробежным насосом подают в теплообменник-подогреватель П, где она подогревается до температуры кипения. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну КР на тарелку питания, где состав жидкости равен составу исходной смеси xf.

Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике К. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка xw, т.е. обеднен легколетучим компонентом. В результате массообмена с жидкостью пар обогащается легколетучим компонентом. Для более полного обогащения верхнюю часть колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом жидкостью (флегмой) состава xp, получаемой в дефлегматоре Д путем конденсации пара, выходящего из колонны. Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения - дистиллята, который охлаждается в теплообменнике Х2 и направляется в промежуточную емкость Е3.

Рисунок 1.1 - Схема непрерывно действующей ректификационной установки.

Из кубовой части колонны насосом непрерывно выводится кубовая жидкость - продукт, обогащенный труднолетучим компонентом, который охлаждается в теплообменнике Х1 и направляется в емкость Е2.

Таким образом, в ректификационной колонне осуществляется непрерывный неравновесный процесс разделения исходной бинарной смеси на дистиллят (с высоким содержанием легколетучего компонента) и кубового остатка (обогащенный труднолетучим компонентом).

2. Технологические расчеты

2.1 Материальный баланс

Концентрации исходной смеси, дистиллята и кубового остатка выразим в массовых долях по формуле: (1) где - массовая доля низкокипящего компонента в жидкости;

- молекулярная масса низкокипящего компонента в жидкости, кг/кмоль;

- молекулярная масса высококипящего компонента в жидкости, кг/кмоль.

Молекулярная масса ацетона МА=58 кг/кмоль, молекулярная масса этанола МВ=46 кг/кмоль [2]. Подставляя значения, получим:

Молекулярные массы исходной смеси, кубового остатка, дистиллята определим по формуле: (2)

Средние молекулярные массы жидкости найдем по формуле: а) в исчерпывающей части колонны: (3)

б) в укрепляющей части колонны: (4)

Обозначим массовый расход смеси через GF, дистиллята - через GP, кубового остатка - через GW.

Составим уравнение материального баланса: (5)

Массовый расход смеси определим по формуле: (6)

Массовый расход кубового остатка: (7)

Так как в данном расчете давление в колонне атмосферное (Рабс=1атм или 760 мм рт. ст.), поэтому изменяются температуры кипения компонентов смеси и соответственно равновесные составы фаз.

Данные по расчету равновесного состава фаз сведены в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 - Равновесные составы жидкости и пара смеси ацетон - этанол при давлении 760 мм рт. ст. t, ?C x y*

78,3 0 0

75,4 5 15,5

73 10 26,2

69 20 41,7

65,9 30 52,4

63,6 40 60,5

61,8 50 67,4

60,4 60 73,9

59,1 70 80,2

58 80 86,5

57 90 92,9

56,1 100 100

По получены данным о равновесии между жидкостью и паром строим изобары температур кипения и конденсации смеси на диаграмме t=f(x,y) (рисунок 2.1.) и линию равновесия на диаграмме y=f(x) (рисунок 2.2).

2.2 Расчет флегмового числа

Минимальное флегмовое число можно рассчитать по формуле:

(8)

Оптимальное флегмовое число найдем из условия получения минимального объема колонны, пропорционального произведению , где NT - число ступеней изменения концентрации (теоретическое число тарелок).

Расчет оптимального флегмового числа выполним следующим образом: 1) задаемся рядом значений коэффициента b в пределах от 1,2 до 2,5; определяем рабочее флегмовое число и величину отрезка ;

2) откладываем отрезок В на оси ординат диаграммы x-y (Приложение 1) и проводим линии АВ1, АВ2… . На оси абцисс откладываем содержание низкокипящего компонента в исходной смеси XF и в кубовом остатке XW. Из XF восстанавливаем перпендикуляр до пересечения с линиями АВ1, АВ2… . Получаем точки D1, D2… . Линии AD1, AD2… являются линиями рабочих концентраций верхней части колонны. Соединив точки D1, D2… с точкой С получаем линии рабочих концентраций нижней части колонны D1C, D2C… .

3) между равновесной и рабочими линиями в пределах концентраций XW и XP строим ступени, каждая из которых соответствует теоретической тарелке;

4) при каждом значении b определяем число теоретических тарелок NT и величину произведения . Результаты расчета сводим в таблицу 1.

Таблица 2.2 - Данные для расчета оптимального флегмового числа b R B NT

1,1 2,15 0,29 17 56,7

1,5 2,93 0,23 11 43,23

2 3,9 0,18 9 44,1

2,5 4,88 0,15 8 47,04

3,5 6,83 0,11 8 62,64

5) по данным таблицы 2.2 строим график зависимости и находим минимальное значение величины . Ему соответствует флегмовое число R=2,93. Эту величину и принимаем в дальнейших расчетах за оптимальное рабочее число флегмы.

2.3 Определение средних концентраций

Определение средних концентраций этанола в жидкости

1. Проценты мольные а) в верхней части колонны: (9) б) в нижней части колонны: (10)

2. Проценты массовые: а) в верхней части колонны: (11)

б) в нижней части колонны: (12)

Средние температуры жидкости определяем по диаграмме t-x,y (рисунок 2.1)

Средняя плотность жидкости по высоте колонны определяется по уравнению: (13) где ra, rв - плотности низкокипящего и высококипящего компонентов при средней температуре в колонне, соответственно, кг/м3. а) в верхней части колонны б) в нижней части колонны

Для колонны в целом: .

Определение средних концентраций ацетона в паре а) в верхней части колонны:

(14)

б) в нижней части колонны:

(15)

где YF - концентрация низкокипящего компонента в паре на питающей тарелке. Определяется в точке пересечения линий рабочих концентраций построенных при оптимальном флегмовом числе R=2,93.

Средние температуры пара определяем по диаграмме t-x,y (рисунок 2.1)

Средние молекулярные массы и плотности пара: Средняя молекулярная масса пара определяется по формуле: (16)

Средняя плотность пара: (17) а) в верхней части колонны б) в нижней части колонны

Объемный расход пара, поступающего в дефлегматор: (18)

2.4 Определение скорости пара в колонне и диаметра колонны

Рекомендуемую скорость пара w в колонне рассчитывают по уравнению: (19) где C - коэффициент, зависящий от конструкции тарелок, расстояния между тарелками, рабочего давления в колонне, нагрузки колонны по жидкости; ?ж, ?п - плотности жидкости и пара, кг/м3.

Диаметр колонны определяют по формуле: (20)

Рисунок 2.1 - Значение коэффициента C, зависящего от конструкции тарелок А - клапанные тарелки; Б - колпачковые тарелки с круглыми колпачками; В - ситчатые тарелки ректификационный установка пар оборудование

Коэффициент C, для ректификационных колонн, работающих при атмосферном давлении и средних нагрузках по жидкости, в зависимости от расстояния между тарелками определяют по графику, представленному на рисунке 2.11. Принимаем расстояние между тарелками h=450мм, тогда для колпачковых тарелок C=0,066. а) Нижняя часть колонны: Скорость пара:

Диаметр колонны:

а) Верхняя часть колонны: Скорость пара:

Диаметр колонны:

Средняя скорость пара по колонне: (21)

По каталогу [1] принимаем диаметр типовой колонны 1,8м. При этом действительная скорость пара в колонне: (22)

(23)

2.5 Определение высоты колонны

Высоту колонны определяем графоаналитическим методом, т.е. последовательно рассчитываем коэффициенты массоотдачи, массопередачи, коэффициенты полезного действия тарелок; строим кинетическую кривую и определяем число действительных тарелок.

Коэффициент массоотдачи в паровой фазе: (24) где DП - коэффициент диффузии паров компонента А в парах компонента В, рассчитывается по формуле: (25) где T - температура;

P - абсолютное давление, кгс/см2;

MA, MB - мольные массы пара компонентов А и В;

VA, VB - мольные объемы компонентов А и В, определяемые как сумма атомных объемов элементов, входящих в состав пара [2, c.288].

Критерий Рейнольдса для паровой фазы: (26) где ?П - динамический коэффициент вязкости пара, Па•с, определяемый по формуле: (27) где МА, МВ, МП - мольные массы пара и отдельных компонентов, кг/кмоль;

?А, ?В - соответствующие им динамические коэффициенты вязкости;

YA, YB - объемные доли компонентов паровой смеси.

Коэффициент динамической вязкости смеси паров этанола и ацетона: а) в верхней части колонны при температуре 61?C

а) в нижней части колонны при температуре 114?C

Коэффициент диффузии паров этанола в парах ацетона: а) в верхней части колонны:

а) в нижней части колонны:

Критерий Рейнольдса для паровой фазы: а) в верхней части колонны:

а) в нижней части колонны:

Коэффицент массотдачи в паровой фазе: а) в верхней части колонны:

б) в нижней части колонны:

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе: (28) где - коэффициент диффузии жидкости, м2/с;

- средняя мольная масса жидкости в колонне, кг/кмоль;

- диффузионный критерий Прандтля: (29)

Коэффициент диффузии пара в жидкости (при соответствующей температуре) связан с коэффициентом диффузии D20 следующей приближенной зависимостью: (30) где b - температурный коэффициент. Определяется по формуле: (31)

где - динамический коэффициент вязкости жидкости при 20?C, МПА•с;

- плотность жидкости, кг/м3.

Коэффициент диффузии в жидкости при 20?C можно вычислить по приближенной формуле: (32) где - динамический коэффициент вязкости жидкости, МПА•с;

VA, VB - мольные объемы компонентов А и В, определяемые как сумма атомных объемов элементов, входящих в состав пара [2, c.288];

MA, MB - мольные массы соответственно компонентов А и В;

А, В - коэффициенты, зависящие от свойств низкокипящего и высококипящего компонентов.

Динамический коэффициент вязкости жидкости: (33) где , - коэффициенты динамической вязкости компонентов А и В при соответствующей температуре [2 с.516].

Коэффициент динамической вязкости жидкости при температуре 20?C равен:

а) в верхней части:

б) в нижней части:

Коэффициент диффузии ацетона в уксусной кислоте при t=20?C: а) в верхней части:

б) в нижней части:

Расчет коэффициента b: а) в верхней части колонны:

б) в нижней части колонны:

Коэффициент диффузии ацетона в уксусной кислоте при средней температуре:

а) в верхней части колонны:

б) в нижней части колонны:

Рассчитываем коэффициент динамической вязкости в верхней и нежней частях колонны при средней температуре: а) в верхней части колонны при t=61?C, :

б) в нижней части колонны при t=69?C, :

Диффузионный критерий Прандтля: а) для верхней части колонны:

б) для нижней части колонны:

Средняя мольная масса жидкости в колонне: а) для верхней части:

б) для нижней части колонны:

Определяем коэффициенты массоотдачи: а) для верхней части колонны:

б) для нижней части колонны:

Число реальных тарелок nд находим путем построения ступенчатой линии между кинетической кривой и рабочими линиями в пределах от хр до xw. Получаем 24 тарелок, из которых 17 расположены в верхней части аппарата и 7 - в нижней, которые и обеспечивают разделение смеси в заданных пределах изменения концентраций. Исходная смесь должна подаваться на 7-ю тарелку снизу.

Высота тарельчатой части колонны: (34)

Общая высота колонны: (35) где hсеп - расстояние между верхней тарелкой и крышкой колонны (высота сепарационного устройства, принимаем 1м;

hкуб - расстояние между нижней тарелкой и днищем колонны (высота кубовой части), принимаем 2м.

2.6 Гидравлический расчет

В соответствии с рассчитанным выше диаметром колонны по приложениям Б3, Б4 подбираем стандартную колонну и тарелки. Принимаем к установке колонный аппарат диаметром 1200 мм; колонна компонуется из однопоточных неразборных нормализованных тарелок типа ТСК-Р ОСТ 26-808-27 с капсульными стальными колпачками. Общее число колпачков на тарелке - 70.

Гидравлическое сопротивление колонны: ?pк =NД?PТ (36)

где NД - действительное число тарелок; ?pт - гидравлическое сопротивление колпачковой тарелки, Па

Гидравлическое сопротивление тарелки в верхней и нижней части колонны рассчитывается по уравнению: (37)

Где: ?рсух - сопротивление сухой тарелки, Па;

?р? - сопротивление, вызываемое силами поверхностного натяжения, Па;

?рст - статическое сопротивление слоя жидкости на тарелке, Па

Гидравлическое сопротивление сухой тарелки: (38) где - коэффициент сопротивления тарелки: для колпачковых тарелок со свободным сечением 4.5 - 5;

Скорость, необходимая для полного открытия прорезей: , (39) где ? - коэффициент сопротивления тарелки равен 4,5 - 5;

hпр - высота прорези равна 0,02 м. м/с

Площадь сечения всех прорезей: S0=NКОЛNПРSПР, (40) где nкол - количество колпачков на тарелке;

nпр - число прорезей в колпачке;

Sпр - площадь прорези, м2.

S0=34 36 0.00008=0,098 м2

Отношение площади сечения прорезей к площади поперечного сечения колонны: , (41) где Fk = 0,785 d2 = 0,785 1,22 = 1,13 м2 - площадь поперечного сечения колонны

Фактическая скорость пара в прорезях: м/с (42)

Находим значения каждого из составляющих гидравлического сопротивления тарелки ?р. Расчет ведем для нижней части колонны, имеющей максимальную нагрузку по жидкости.

- сопротивление сухой тарелки:

для нижней части колонны

Па

-сопротивление сил поверхностного натяжения: , (43) где ? - поверхностное натяжение жидкости, Н/м;

DЭ - эквивалентный диаметр отверстия, м; для колпачковых тарелок

, (44) где П - периметр прорези , м;

П= 2(hпр b), (45) где hпр, b - высота и ширина прорези, м. м;

Сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения: Па

Сопротивление столба жидкости на колпачковой тарелке: , (46) где g - ускорение свободного падения, м/с2;

k - относительная плотность пены (принимаем к = 0,5);

?ж - плотность жидкости, кг/м3;

l - расстояние от верхнего края прорези до сливного порога, м; принимаем l = 0,02 м;

?h - высота уровня жидкости над сливным порогом, м;

, (47)

Объемный расход жидкости в нижней части колоны

(48)

Тогда часовой объем расход составит где К - коэффициент, учитывающий увеличение скорости и сужение потока жидкости в результате сжатия его стенками при подходе к сливной перегородке;

Коэффициент К определяется по рисунку 4.7[2]. где L - длина сливного борта.

При и К = 1,09

Тогда высота уровня жидкости: м.

Сопротивление парожидкостного слоя на тарелке: Па.

Общее сопротивление тарелки: Па.

Сопротивление всей тарельчатой части колонны: Па.

Минимально допустимое расстояние между тарелками, необходимое для нормальной работы тарелок: HMT > м

Принятое расстояние между тарелками hmt= 500 мм вполне обеспечит нормальную работу гидрозатвора в переливном устройстве тарелки.

2.7 Тепловой расчет

Расход теплоты, получаемый кипящей жидкостью от конденсирующегося пара в кубе-испарителе колонны: , (49) где QP - расход теплоты, отнимаемой охлаждающей водой от конденсирующихся в дефлегматоре паров, Вт;

Qпот - тепловые потери колонны в окружающую среду, Вт;

GP, Gw, GF - расходы дистиллята, кубового остатка, исходной смеси, соответственно, кг/с. cf, CP, cw - теплоемкости исходной смеси, дистиллята, кубовой жидкости, соответственно, Дж/кг?К.

Значения теплоемкостей, необходимые для расчета, находим по формуле: , Где СА, СВ - теплоемкости компонентов при соответствующих температурах; - массовая доля компонента.

Температура кипения смеси - TF=66,5°C, кубового остатка - TW=75,4°C, дистиллята - ТР=56,1°С. Теплоемкости ацетона и этанола при этих температурах определяем по номограмме [2 с.562]

Теплоемкости смесей:

Количество тепла, отнимаемой охлаждающей водой от конденсирующихся в дефлегматоре паров, определим по формуле

(50)

Где rd - удельная теплота конденсации дистиллята, определим по формуле: (51)

Где RA, RB - удельная теплота конденсации компонентов А и В при температуре tp [2 с.541].

Тепловые потери колонны в окружающую среду, определим по формуле

(52)

Где тст.н. - температура наружной стенки колонны, принимаем тст.н.=40°С;

твоз - температура воздуха в помещении, принимаем твоз=20°С;

a - суммарный коэффициент теплоотдачи конвекцией и излучением, определим по формуле: (53)

Fн - наружная поверхность изоляции колонны, определим по формуле

(54)

Подставляя значения, получим:

Подставляя значения, получим:

Расход греющего пара: (55)

Расход ацетона в дефлегматоре при нагревании ее на 20°С определим по формуле: (56)

Расход ацетона в холодильнике дистиллята при нагревании ее на 20°С определим по формуле: (57)

Расход ацетона в холодильнике кубового остатка при нагревании ее на 20°С определим по формуле: (58)

Общий расход ацетона в ректификационной установке: (59)

Расчет тепловой изоляции колонны.

В качестве изоляции берем войлок шерстяной (l=0,047 Вт/(м?К)). Исходя из упрощенного соотношения (для плоской стенки) имеем: (60)

Где dиз - толщина изоляции, м;

тиз - температура внутренней поверхности изоляции, принимаем ее ориентировочно на 10-20 °С ниже средней температуры в колонне.

Определяем толщину изоляции: (61)

Проверяем температуру внутренней поверхности изоляции: (62)

Расхождение:

3. Расчет вспомогательного оборудования

3.1 Расчет кипятильника (куб-испаритель)

Выбор конструкции.

Кипятильники ректификационных колонн непрерывного действия по устройству сходны с кипятильниками выпарных аппаратов. При небольших поверхностях теплообмена куб колонны обогревается змеевиком или горизонтальной трубчаткой, пересекающей нижнюю часть колонны; при этом греющий пар пропускается по трубам.

При больших поверхностях теплообмена применяют выносные кипятильники, которые устанавливают ниже колонны с тем, чтобы обеспечить естественную циркуляцию жидкости.

Определяем ориентировочно максимальную величину площади теплообмена. По [2, c.172] для данного случая теплообмена (от конденсирующегося водяного пара к кипящей жидкости) принимаем значение минимального коэффициента теплопередачи Kmin=300 Вт/м2?К. тогда максимальная поверхность теплообмена: (71)

Предварительно выбираем для расчета выносной кипятильник - кожухотрубчатый теплообменник с трубами диаметром 25х2 мм, длина труб - 3,0 м

Определение коэффициента теплопередачи

Принимаем среднее значение тепловой проводимости загрязнения стенок со стороны конденсирующегося водяного пара 1/r1=5800 Вт/м?К, со стороны кубового остатка 1/r2=5800 Вт/м?К.

Теплопроводность стали l=46,5 Вт/м?К

Таким образом, термическое сопротивление стенки и ее загрязнений равно: (72)

Коэффициент теплоотдачи со стороны конденсирующегося водяного пара определяем по формуле: (73)

Где l - коэффициент теплопроводности конденсата Вт/м?К;

Н - высота кипятильных труб, м;

r - плотность конденсата, кг/м3;

r - удельная теплота конденсации греющего пара, Дж/кг;

m - динамический коэффициент вязкости конденсата, Па?с.

Значение коэффициентов теплопроводности, динамической вязкости, плотности определяются [2, c.537]

Коэффициент теплоотдачи для кипящего кубового остатка по формуле: , Где l - коэффициент теплопроводности кипящего кубового остатка [2, c.561];

r - плотность кипящего кубового остатка [2, c.372];

m - динамический коэффициент вязкости кипящего кубового остатка [2, c.561];

s - поверхностное натяжение кубового остатка [2, c.526].

Коэффициент b определяется по формуле:

Где r - плотность паров ацетона при tw рассчитывается по формуле: (78) r0 - плотность паров ацетона при нормальных условиях, равна: (79)

Где М - мольная масса кубового остатка;

Т0 - температура при нормальных условиях, К;

Т - температура кипения кубового остатка, К;

Р, Р0 - давление в кипятильнике при рабочих и нормальных условиях.

Коэффициент теплоотдачи для кипящего ацетона равен:

Коэффициент теплопередачи: (80)

Удельная тепловая нагрузка: (81)

Откуда:

Это уравнение решаем графически, задаваясь значениями q (Рисунок 3/1), y - левая часть уравнения.

При q=100000 Вт/м2 y=5,57

При q=90000 Вт/м2 y=-1,92

Коэффициент теплопередачи

(82)

Площадь поверхности теплообмена:

С запасом 15-20% принимаем по каталогу [2, с.533] [одноходовой теплообменник.

Таблица 3.1 - Характеристики теплообменника

Поверхность теплообмена, м2 40

Диаметр кожуха, мм 600

Диаметр труб, мм 25x2

Длина труб, м 2

Количество труб 261

3.2 Расчет дефлегматора

В дефлегматоре конденсируется ацетон с небольшим количеством этилового спирта. Температура конденсации паров дистиллята TP=56б1°С. Температуру ацетона на входе в теплообменник примем 18°С , на выходе - 38°С .

Количество тепла, отнимаемого охлаждающей водой от конденсирующегося в дефлегматоре пара:

Поверхность дефлегматора находим из основного уравнения теплопередачи

()

С запасом 15-20% принимаем по каталогу [2, с.215] одноходовой теплообменник.

Таблица 3.2 - Характеристики теплообменника

Поверхность теплообмена, м274

Диаметр кожуха, мм 800

Диаметр труб, мм 25x2

Длина труб, м 2

Количество труб 473

3.3 Расчет холодильника для дистиллята

В холодильнике происходит охлаждение дистиллята от температуры конденсации до 30°С

Количество тепла, отнимаемого охлаждающей водой от дистиллята в холодильнике:

.

Принимаем К=800 Вт/м2ХК [2, с.172].

Поверхность теплообмена холодильника дистиллята

С запасом 15-20% принимаем по каталогу [2, с.215] одноходовой теплообменник.

Таблица 3.3 - Характеристики теплообменника

Поверхность теплообмена, м24,5

Диаметр кожуха, мм 273

Диаметр труб, мм 25x2

Длина труб, м 1,5

Количество труб 37

3.4 Расчет холодильника для кубового остатка

В холодильнике кубового остатка происходит охлаждение кубовой жидкости от температуры кипения до 30°С

Количество тепла, отнимаемого охлаждающей водой от кубовой жидкости: ()

.

Принимаем К=800 Вт/м2К [2, с.172].

Поверхность теплообмена холодильника кубовой жидкости

С запасом 15-20% принимаем по каталогу [2, с.215] двухходовой теплообменник.

Таблица 3.4 - Характеристики теплообменника

Поверхность теплообмена, м224

Диаметр кожуха, мм 400

Диаметр труб, мм 25x2

Длина труб, м 3

Количество труб 100

3.5 Расчет подогревателя

Служит для подогрева исходной смеси от TH=18-20°С до температуры TF=66,5°С. Исходная смесь подогревается водяным насыщенным паром с температурой 160°С.

Количество тепла, необходимого для подогрева исходной смеси: .

Принимаем К=120 Вт/м2ХК [2, с.172].

Поверхность теплообмена холодильника кубовой жидкости

()

С запасом 15-20% принимаем по каталогу [2, с.215] шестиходовой теплообменник.

Таблица 3.5 - Характеристики теплообменника

Поверхность теплообмена, м246

Диаметр кожуха, мм 600

Диаметр труб, мм 25x2

Длина труб, м 3 количество труб 196

В данном курсовом проекте приведен расчет ректификационной установки непрерывного действия для разделения смеси ацетон-этанол. Рассчитаны геометрические параметры колонны, ее гидравлические сопротивления и тепловые балансы. Также приведен расчет вспомогательного оборудования.

При расчете были получены следующие данные: · диаметр колонны - 1200 мм;

· высота колонны - 14,3 ;

· расход дистиллята - 1800 ;

· расход кубового остатка - 9000 ;

· флегмовое число - 2,93;

· скорость пара в колонне - 1,18 .

· число тарелок: всего - 24, из них в укрепляющей части -17 , в исчерпывающей - 7.

1. Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии[Текст] / Дытнерский Ю.И. -Л.: Химия, 1981. -512 с.

2. Павлов К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии[Текст] / Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.Л. -Л.: Химия, 1981. -586 с.

3. Ченцова Л.И. Массообменные процессы[Текст] в 2 ч. Ч. 2. Ученое посоие по курсу «Процессы и аппараты химических производств» / Ченцова Л.И. [и др.]. -Красноярск, 2004. -237 с.

Размещено на