Описание процесса ректификации

 

Для упрощения конструктивных деталей колонны, будем изготовлять штуцера из отрезков труб соответствующих диаметров. Внешний вылет штуцеров составляет » 1.5 от диаметра штуцера, внутренний - » 0.3. Чтобы предупредить попадание жидкости во внутреннее пространство штуцера, подающего циркуляционный пар, труба, из которой он изготовлен, обрезается под углом книзу.

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:

 

Примем значение коэффициента теплоотдачи К = 500 Вт/м2К, тогда:

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 горизонтальных труб:

Сумма термодинамических сопротивлений стенки труб из нержавеющей стали и загрязнений со стороны  воды и пара:

 

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 парообразования смеси, кДж/кг:

 

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:

 

1. «Основные процессы и аппараты химической технологии», пособие по проектированию под ред. Ю. И. Дытнерского. М., «Химия» 1991 г.
2. К.Ф. Павлов, П. Г. Романков, А. А. Носков. «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии». Л., «Химия», 1987г.
3. Г. Я. Рудов, Д. А. Баранов. «Расчет тарельчато ректификационной колонны», методические указания. М., МГУИЭ, 1998г.
4. А. А. Лащинский, А. Р. Толчинский. «Основы конструирования и расчета химической аппаратуры». М, 1968г.
5. «Краткий справочник физико-химических величин». М., «Химия», 1967г.
6. Каталог «Кожухотрубчатые теплообменные аппараты общего и специального назначения». М., «ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ», 1991г.
7. Каталог «Емскостная стальная сварная аппаратура». М., «ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ», 1969г.