Автор работы: Пользователь скрыл имя, 23 Января 2014 в 17:36, курсовая работа
Ректификация – массообменный процесс, который осуществляется в большинстве случаев в противоточных колонных аппаратах с контактными элементами (насадки, тарелки), аналогичными аппаратам, используемым в процессах абсорбции. Поэтому методы подхода к расчету и проектированию ректификационных и абсорбционных установок имеют много общего. Тем не менее ряд особенностей процесса ректификации (различное соотношение нагрузок по жидкости и пару в нижней и верхней частях колонны, переменный по высоте коэффициент распределения, совместное протекание процессов массо- и теплопереноса) осложняет его расчет.
Введение 4
Задание на проектирование 6
1. Материальный баланс колонны и рабочее флегмовое число 7
2. Определение объемов пара и жидкости, проходящих через колонну 12
2.1. Средний мольный состав жидкости 12
2.2. Средние мольные массы жидкости 12
2.3. Средние массовые расходы (нагрузки) по жидкости 12
2.4. Средний мольный состав пара 13
2.5. Средние мольные массы пара 13
2.6. Средние массовые потоки пара 13
3. Скорость пара и диаметр колонны 14
3.1. Температуры паров 14
3.2. Плотности паров в колонне 16
3.3. Плотности жидкостей в колонне 16
3.4. Предельная скорость паров в колонне 16
3.5. Диаметр колонны 17
4.Определение числа тарелок и высоты колонны 18
5. Гидравлический расчет тарелок 21
6. Тепловой расчет 24
7. Расчет тепловой изоляции 25
8. Конструктивно- механический расчет 27
8.1 Расчет толщины обечайки 27
8.2 Расчет толщины днища и крышки 28
8.3. Расчёт и подбор штуцеров 28
8.4. Фланцевое соединение 30
8.5. Опоры аппарата 30
Заключение 32
Список литературы 33
Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике кубового остатка:
где удельная теплоемкость дистиллята взята при средней температуре (143,2+10)/2=76,6 оС.
Расход греющего пара, имеющего давление и влажность 5%:
А) в кубе-испарителе
где - удельная теплота конденсации греющего пара.
Б) в подогревателе исходной смеси
Всего: 0,44+0,29=0,73 кг/с или 2,6 т/ч
Расход охлаждающей воды при нагреве ее на 20 оС:
А) в дефлегматоре
Б) в водяном холодильнике дистиллята
В) в водяном холодильнике кубового остатка
Всего: 0,009+0,0042+0,0078=0,021м3/с или 75,6 м3/ч.
Целью расчета тепловой изоляции является определение толщины слоя теплоизоляционного материала, покрывающего наружную поверхность теплообменника с целью снижения тепловых потерь и обеспечения требований безопасности и охраны труда при обслуживании теплоиспользующих установок. С этой точки зрения температура поверхности слоя изоляции не должна превышать 45. Расчет толщины теплоизоляционного слоя материала можно проводить по упрощенной схеме, используя следующее уравнение:
где - коэффициент теплопроводности изоляционного слоя; - температура наружной стенки корпуса; - температура поверхности изоляционного слоя; - коэффициент теплоотдачи, определяющий суммарную скорость переноса теплоты конвекцией и тепловым излучением.
(7.2)
где (7.3)
В качестве материала изоляции выбираем совелит с Температуру стенки - принимаем равной 140°C (близкой к средней температуре в кубе колонны). Температуру изоляционного слоя примем равной 45°C.
Т.к. наиболее горячая часть колонны это куб, то для всей остальной колонны можно принять ту же толщину слоя изоляции.
КОНСТРУКТИВНО-МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
В задачу конструктивно-механического расчета входит определение необходимых геометрических размеров отдельных деталей и узлов, которые определяют конструкцию колонны, ее механическую прочность и геометрические размеры.
Толщина обечайки рассчитывается по формуле:
(8.1)
где - наружное давление,
Т.к. среда является агрессивной и токсичной, то принимаем материал стали 12х18Н10Т, для которой .
- прибавка к расчетной толщине,
где - скорость коррозии или эрозии, мм/год, примем ;
- срок эксплуатации аппарата,
К2=0,35;
где - поправочный коэффициент, учитывающий вид заготовки (листовой прокат).
Принимаем .
Для обечаек с диаметром больше 200мм должно выполняться условие:
- условие выполнено.
Наиболее рациональной формой для цилиндрических аппаратов является эллиптическая. Эллиптические днища и крышки изготавливаются из листового проката штамповкой и могут использоваться в аппаратах с избыточным давлением до 10 МПа. Крышки и днища подбирают стандартными по таблицам из справочной литературы.
Толщина днища:
(8.2)
Принимаем толщину крышки равной толщине обечайки .
Подбираем стандартные стальные эллиптические отбортованные днище и крышку по (ГОСТ 6533-68), параметры которых примем при :
; , что соответствует и , .
(8.3)
где - скорость движения жидкости или пара, принимаем скорость движения жидкости равную 1,0 м/с, для пара – 20 м/с.
Штуцер для ввода исходной смеси:
По ОН 26-01-34-66 принимаем штуцер с .
Штуцер для ввода флегмы:
По ОН 26-01-34-66 принимаем штуцер с .
Штуцер для отвода кубового остатка:
По ОН 26-01-34-66 принимаем штуцер с .
Штуцер для вывода паров дистиллята:
По ОН 26-01-34-66 принимаем штуцер с .
Штуцер для ввода паров кубовой смеси:
По ОН 26-01-34-66 принимаем штуцер с .
Принимаем стандартные размеры болтов и фланца, рекомендуемые по ГОСТ 1255-67.
Установка химических аппаратов на фундаменты или специальные несущие конструкции осуществляется большей частью с помощью опор.
Для установки нашего вертикального аппарата будем использовать опоры для вертикальных аппаратов.
Для того чтобы выбрать опору, необходимо рассчитать вес всего аппарата в рабочем состоянии.
При изготовлении колонны используется:
Тарелок – 26 шт.;
Крышек - 2 шт.;
Фланец 1800мм – 10 шт.;
Штуцер 65мм – 3 шт.;
Штуцер 125мм – 1шт.;
Штуцер 400мм – 1шт.;
Штуцер 600мм – 1шт.;
Штуцер 25мм – 3шт.
Тогда общая масса аппарата:
Вес всего аппарата:
Рассчитаем толщину ребра:
где - максимальный вес аппарата при гидроиспытании, МН;
- число опор, используем 1 опоры;
- число ребер в опоре, принимаем 6;
- допускаемое напряжение на сжатие (примем равным 100 МН/м2);
- вылет опоры, м;
- коэффициент, примем равным 0,6.
Принимаем толщину ребра, равную 15 мм.
Был произведен материальный и тепловой расчет ректификационной колонны непрерывного действия. Диаметр обечайки 1800 мм, ориентировочная высота колонны 10,5 м, Тип тарелок – колпачковые ТСК-III общее число тарелок – 26, причем 11 вверху и 15 внизу.
Рассчитана изоляция колонны, её толщина составляет 25мм (в качестве изоляции был выбран совелит), а также произведен гидравлический расчет колонны.
Ректификационная колонна
Контроль процесса осуществляется: термометрами сопротивления, манометрами и расходомерами.
Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию / под ред. Дытнерского Ю.И. — М.: Химия, 1991. - 496 с.
О.А. Тишин, И.С. Мокрецова Методические указания по курсовому проектированию по дисциплине «Процессы и аппараты химических производств» Волгоград, 2001. – 20с.
Н.И. Гальперин «Основные процессы и аппараты химической технологии» М. Химия, 1981. – 810с.
В.Б. Коган «Равновесия между жидкостью и паром» справочник М. Наука 1966г. 2т.
И.А. Иоффе «Проектирование процессов и аппаратов химической технологии» Л. Химия 1991г. – 352с.
И.А. Александров «Ректификационные и абсорбционные аппараты» М. Химия 1978г. – 277с.
Каталог «Колонные аппараты» 1978. – 310с.
А.Н.Плановский, В.М.Рамм, С.З.Каган, Процессы и аппараты химической технологии, М. Госхимиздат, 1962. – 846с.
Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие. Л.: Химия, 1987. – 576с.
Лист | |||||
Изм.. |
Лист |
№докум. |
Подпись |
Дата | ||||||
Разраб. |
Клевакин А.А. |
Введение |
Лит |
Лист |
Листов | |||||
Провер. |
Шваб Н.С. |
У |
33 | |||||||
Т.контр |
||||||||||
Н.контр |
||||||||||
Утв. |
||||||||||
Изм.. |
Лист |
№докум. |
Подпись |
Дата | ||||||
Разраб. |
Клевакин А.А. |
4.Определение числа тарелок и высоты колонны |
Лит |
Лист |
Листов | |||||
Провер. |
Шваб Н.С. |
У |
33 | |||||||
Т.контр |
||||||||||
Н.контр |
||||||||||
Утв. |
||||||||||
Изм.. |
Лист |
№докум. |
Подпись |
Дата | ||||||
Разраб. |
|
Крамчанина Е |
6. Тепловой расчет |
Лит |
Лист |
Листов | ||||
Провер. |
У |
33 | ||||||||
Т.контр |
||||||||||
Н.контр |
||||||||||
Утв. |
||||||||||