Автор работы: Пользователь скрыл имя, 24 Сентября 2013 в 18:05, дипломная работа
В ряде производств химической, нефтяной, пищевой и других отраслей промышленности в результате различных технологических процессов получают смеси жидкостей, которые необходимо разделять на компоненты.
Для разделения смесей жидкостей и сжиженных газов в промышленности применяют следующие способы: простую перегонку, перегонку с водяным паром, перегонку с инертным газом молекулярную перегонку и ректификацию.
Введение ............................................................................................................5
1 Аналитический обзор ....................................................................................6
2 Технологическая часть ................................................................................14
3 Инженерная часть ……………………………………………….………...16
3.1 Расчёт ректификационной колонны …………………………………16
3.2 Расчёт и подбор теплообменной аппаратуры .....................................44
3.3 Выбор трубопрово-да…………………..................................................71
Заключение .....................................................................................................78
Список использованных источников
Средняя удельная теплоёмкость этанола при 83,79 оС Дж/(кг∙К).
Средняя удельная теплоёмкость питающей смеси по формуле (3.81) равна
Коэффициент динамической вязкости ацетона при 83,79 оС Па∙с.
Коэффициент динамической вязкости этанола при 83,79 оС Па∙с.
Динамический коэффициент
.
Коэффициент теплопроводности питающей смеси по формуле (3.92) равнен
Критерий Прандтля стенки по формуле (3.101) равен
Таким образом
Расхождение 2 %, что допустимо, поэтому принятую величину принимаем.
Расчётная площадь поверхности теплообмена вычисляется по формуле
, (3.102)
Коэффициент теплоотдачи намного больше коэффициента теплоотдачи , поэтому расчётным диаметром при определении поверхности труб следует принять мм.
Площадь поверхности теплообмена выбранного теплообменника с длиной труб вычисляется по формуле
, (3.103)
Запас площади поверхности
, (3.104)
Запас площади поверхности теплообмена достаточен.
Принимаем один двухходовой теплообменник с внутренним диаметром кожуха 325 мм, числом труб 28/56 и длинной труб L = 4 м. Так как 0С (tk-t)max принимаем теплообменник с линзовым компенсатором типа ТK [3].
Скорость жидкости в трубах:
, (3.105)
Определим коэффициент трения в трубах при Re >2300
, (3.106)
e = ∆/d – относительная шероховатость труб, ∆ - высота выступов шероховатостей = 0,002 м3.
e = 0,002/0,021 = 0,00952
Скорость жидкости в штуцерах:
, (3.107)
Гидравлическое сопротивление в трубном пространстве:
, (3.108)
3.2.2 Дефлегматор-конденсатор
Рассчитаем теплообменный
Температуру конденсации паров дистиллята определим по диаграмме из рисунка Д.1 при . Температура охлаждающей воды, поступающей в дефлегматор-конденсатор . Температуру воды, выходящей из теплообменника, примем .
Температурная схема процесса:
58,6 |
58,6 | |
20 |
40 | |
|
| |
Средняя разность температур по формуле (3.79) равна
=
Средняя температура охлаждающей воды
Зададимся минимальным и максимальным значениями коэффициента теплопередачи для случая передачи теплоты от конденсирующегося пара органических жидкостей к воде при свободном движении и [1].
Максимальная площадь поверхности теплообмена по формуле (3.87) равна
Минимальная площадь поверхности теплообмена определится по формуле
, (3.109)
Средняя удельная теплоёмкость воды при температуре Дж/(кг∙К) [3].
Расход охлаждающей воды определяется по формуле
, (3.110)
Минимальное сечение трубного пространства на один ход определяется по формуле
, (3.111)
где ;
- динамический коэффициент
Динамический коэффициент вязкости воды при оС Па∙с [3].
Минимальное сечение трубного пространства на один ход по формуле (3.111) равно
Максимальное сечение трубного пространства на один ход определяется по формуле
, (3.112)
где .
Максимальное сечение трубного пространства на один ход по формуле (3.112) равно
Выбираем двухходовой кожухотрубчатый теплообменник с диаметром кожуха 600 мм, проходным сечением трубного пространства 0,042 м2 , диаметром труб 25х2 мм, числом труб 240, поверхностью теплообмена 113 м2, длиной труб 6 м [1].
3.2.3 Холодильник дистиллята
Рассчитаем теплообменный аппарат для охлаждения дистиллята. Охлаждение производится водой. Для расчета выберем кожухотрубчатый теплообменник. Направим охлаждаемую смесь в межтрубное пространство, а охлаждающую воду в трубное пространство теплообменника. Примем для межтрубного пространства индекс «1», а для трубного – «2».
Данные взяты из п. 3.1.6 . Средняя температура дистиллята 0С, средняя температура охлаждающей воды t2=30 0С, =10,358 0С. Массовый расход смеси G1=Gp=1,128 кг/с, объемный расход охлаждающей воды V2=0,00107 м3/с, расход теплоты Qp=88690 Вт.
Зададимся минимальным и максимальным значениями коэффициента теплопередачи для случая передачи теплоты от углеводородов при свободном движении и [1].
Максимальная площадь поверхности теплообмена по формуле (3.87) равна
Минимальная площадь поверхности теплообмена по формуле (3.109) равна
Вязкость смеси по формуле (3.27) равна
Минимальное и максимальное сечение трубного пространства на один ход по формуле (3.111-3.112) равно:
Рассчитаем минимальное и максимальное сечение потока в межтрубном пространстве в м2:
,
,
где - наружный диаметр труб, равный 0,025 м;
- динамический коэффициент вязкости кубового остатка при его средней температуре, Па.с.
Подставим числовые значения в формулы (3.113 - 3.114) и получим:
Выбираем двухходовой кожухотрубчатый теплообменник с диаметром кожуха 400 мм, диаметром труб 25х2 мм, числом труб 100, поверхностью теплообмена 47 м2, длиной труб 6 м (турбулентный режим не реализуется).
3.2.4 Холодильник кубового остатка
Рассчитаем теплообменный аппарат для охлаждения кубового остатка. Охлаждение производится водой. Для расчета выберем кожухотрубчатый теп-
лообменник. Направим охлаждаемую смесь в межтрубное пространство, а охлаждающую воду в трубное пространство теплообменника. Примем для межтрубного пространства индекс «1», а для трубного – «2».
Данные взяты из п. 3.1.6 . Средняя температура кубового остатка 0C, средняя температура охлаждающей воды t2=30 0C, средняя разность температур 0C. Массовый расход смеси G1=Gw=2,072 кг/с, объемный расход охлаждающей воды V2=0,0037 м3/с, расход теплоты Qw=308108 Вт.
Зададимся минимальным и максимальным значениями коэффициента теплопередачи для случая передачи теплоты от углеводородов при вынужденном движении и [1].
Максимальная площадь поверхности теплообмена по формуле (3.87) равна
Минимальная площадь поверхности теплообмена по формуле (3.109) равна
.
Вязкость смеси (3.27)
Минимальное и максимальное сечение трубного пространства на один ход по формуле (3.111-3.112) равно:
Подставим числовые значения в формулы (3.113 - 3.114) и получим:
Выбираем шестиходовой кожухотрубчатый теплообменник с диаметром кожуха 600 мм, диаметром труб 25х2 мм, числом труб 196, поверхностью теплообмена 91 м2, длиной труб 6 м.
3.2.5 Кипятильник
Рассчитаем теплообменный аппарат для кипячения кубовой жидкости. Нагрев производится греющим паром с абсолютным давлением 0,1 МПа. Необходимые данные для расчета возьмем из пункта 3.1.6. Температура кипения смеси 0С, температура конденсации насыщенного водяного пара tконд=99,6 0С. Температура кубового остатка 0С.
Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике дистиллята (на испарение смеси) Q=Qk=2097990 Вт.
Средняя разность температур определяется по формуле
, (3.113)
Зададимся минимальным и максимальным значениями коэффициента теплопередачи для случая передачи теплоты от конденсирующегося пара к кипящей жидкости при свободном движении и [1].
Максимальная площадь поверхности теплообмена по формуле (3.87) равна
Минимальная площадь поверхности теплообмена по формуле (3.109) равна
Рассчитаем минимальное и
, (3.114)
, (3.115)
где - внутренний диаметр труб, равный 0,021 м;
- динамический коэффициент вязкости кубовой жидкости при температуре кипения , Па.с [3].
Динамический коэффициент
Минимальное сечение трубного пространства на один ход по формуле (3.111) равно
Максимальное сечение трубного пространства на один ход по формуле (3.112) равно
Выбираем шестиходовой кожухотрубчатый испаритель с диаметром кожуха 600 мм, общим числом труб 196, поверхностью теплообмена 91 м2, длиной труб 6 м2.
3.3 Выбор трубопровода
3.3.1 Оптимальный диаметр патрубка для выхода пара с верха
колонны
Определим оптимальный диаметр патрубка по формуле:
, (3.116)
где - оптимальный диаметр патрубка, м;
- объемный расход пара в верхней части колонны, м3/с;
- скорость насыщенного пара при давлении 105 Па, м/с.
Примем скорость насыщенного пара в трубопроводе м/с [1].
Определим объемный расход пара в верхней части колоны:
, (3.117)
В соответствии с формулой (3.148):
Выбираем стандартный диаметр патрубка d = 325х10 мм [1].
3.3.2 Оптимальный диаметр патрубка для входа флегмы
Определим оптимальный диаметр патрубка по формуле:
, (3.118)
где - оптимальный диаметр патрубка, м;
- объемный расход жидкости в верхней части колонны, м3/с;
- скорость жидкости в нагнетательных трубопроводах: м/с [1].
Определим объемный расход жидкости в верхней части колоны:
, (3.119)
В соответствии с формулой (3.118) получим:
Выбираем стандартный диаметр патрубка d = 48х3 мм [1].
3.3.3 Оптимальный диаметр патрубка для входа исходной смеси
Определим оптимальный диаметр патрубка по формуле:
, (3.120)
где - оптимальный диаметр патрубка, м;
- объемный расход исходной смеси, м3/с;
- скорость жидкости в нагнетательных трубопроводах, м/с: м/с [1].
Определим объемный расход исходной смеси:
, (3.121)
где - плотность исходной смеси при её температуре кипения, кг/м3.
Плотность исходной смеси
при её температуре кипения определяла