Свободное
сечение колонны, м2
|
2,54
|
Длина линии
барботажа, м
|
25,8
|
Периметр слива Lc, м
|
1,419
|
Сечение
перелива, м2
|
0,334
|
Свободное
сечение тарелки, м2
|
0,272
|
Относительная
площадь для прохода паров F, %
|
10,7
|
Масса, кг
|
146
|
Высота колонны.
Высота колонны состоит из следующих величин:
- верх
колоны,
-
верхняя тарельчатая часть колонны,
-
эвопорационная часть колонны,
-
сепарационная часть,
-
десятиминутный запас колонны,
- юбка колонны.
,
где
- число тарелок в верхней части колонны,
а
- расстояние между тарелками, принятое, а = 0,3м.
где
- число тарелок в нижней части
Принимаем
Принимаем
Высота
колонны, следовательно:
5. Гидравлический расчет тарелок и давления в Кубе
Рассчитываем гидравлическое сопротивление тарелки в верхней и нижней
части колонны:
(1,6
[1]),
где
- это сопротивление сухой тарелки,
-
сопротивление, вызываемое силами поверхностного натяжения,
- это
сопротивление парожидкостного слоя на тарелке.
а)
верхняя часть колонны
Гидравлическое
сопротивление сухой тарелки:
(1,61
[1]),
где
- это коэффициент сопротивления не орошаемых тарелок
(для колпачковых тарелок принимаем ).
Сопротивление,
обусловленные силами поверхностного натяжения:
(1,62
[1]),
где
rгидр -
гидравлический радиус товерстий, через которые пар выходит в жидкость;
F0 и П0- площадь и периметр отверстий, через
которые выходит пар;
-
поверхностное натяжение жидкости при температуре в верхней части колонны = 56.7.
(табл. 14
[1]),
(табл. 14
[1]).
.
Сопротивление
парожидкостного слоя на тарелке:
(1,64
[1]),
где
- это ускорение свободного падения,
- это
относительная плотность газожидкостного слоя (принимаем К=0,5).
е
- расстояние от верхнего края прорезей до сливного порога,0,034 м;
l - высота
прорези,0,026 м;
- высота
слоя над сливной перегородкой.
(1,65
[1]),
где
- объемный расход жидкости,
П
- периметр сливной перегородки.
Общее
сопротивление тарелок в верхней части колонны
б)
нижняя часть колонны
При
температуре куба колонны t=78,6.
(табл. 14
[1])
(табл. 14
[1]).
.
Объемный
расход жидкости в нижней части колонны:
Так
как сырье вводится в колонну в жидком состоянии, то расход жидкости в нижней
части колонны равен сумме расходов флегмы и сырья
Общее
сопротивление тарелок в нижней части колонны:
Проверим,
соблюдается ли при расстоянии между тарелками необходимое
для нормальной работы тарелок условие:
(стр.
355 [1]).
Для
тарелок, нижней части колонны, у которых гидравлическое сопротивление больше чем у тарелок верхней части условия соблюдаются.
Общее
гидравлическое сопротивление тарелок:
6. Тепловой баланс колонны
Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре-конденсаторе:
(7.15
[1])
,
где
- удельные теплоты конденсации дистиллята, бензола,
ацетона при температуре дистиллята ;
;
.
Расход
теплоты, получаемой в кубе-испарителе от греющего пара (7.14 [1]):
,
где
- теплоёмкости дистиллята, кубового остатка и сырья
соответственно (рис. XI [1]) (считаются аналогично удельным теплотам
конденсации); тепловые потери приняты
в размере 3 % от полезно затрачиваемой теплоты.
1)
)
)
Расход
теплоты в подогревателе смеси:
,
где
- начальная температура сырья;
Тепловые
потери приняты в размере 5 %.
Определяем
теплоёмкость при средней температуре :
;
.
Расход
теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике дистиллята:
,
где
- конечная температура охлаждённого дистиллята,
.
Расход
теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике кубового остатка:
,
.
7. Расчет и подбор подогревателя сырья, дефлегматора,
кипятильника
7.1 Расчёт и подбор подогревателя сырья
Температурная схема.
;
(4.78
[1])
Средняя
температура смеси:
(4.82а
[1])
Расход
смеси:
средняя
плотность жидкости в колонне.
Расход
теплоты на нагрев смеси:
.
Ориентировочно
определяем максимальную величину площади поверхности теплообмена:
,
где
- коэффициент теплопередачи, принят по таблице 4.8
[1].
Принимаем
, что соответствует развитому турбулентному режиму
течения в трубах.
Для
обеспечения турбулентного течения смеси при скорость
в трубах должна быть больше :
,
где
- динамическая вязкость смеси при температуре ;
-
внутренний диаметр труб теплообменника.
Принимаем
трубы размерами .
Число
труб, обеспечивающих объёмный расход смеси:
Исходя
из условий, и ,
выбираем одноходовой кожухотрубчатый теплообменник с внутренним диаметром
кожуха и с числом труб на один ход трубного пространства (общее число труб -13).
)
Коэффициент теплоотдачи для смеси.
Уточняем
значение критерия Рейнольдса:
(4.13
[1])
Критерий
Прандтля:
.
Критерий
Нуссельта:
,
где
- поправочный коэффициент, учитывающий влияние на
коэффициент теплоотдачи отношения длины трубы к её диаметру;
(табл.
4.3 [1])
Принимаем
(с последующей проверкой).
2)
Коэффициент теплоотдачи для теплоносителя.
где
принимаем угол атаки 90 - коэффициент, учитывающий угол атаки
Принимаем
(с последующей проверкой).
,
где
- внешний диаметр труб теплообменника;
-
площадь сечения потока в межтрубном пространстве;
.
Принимаем
тепловую проводимость загрязнений со стороны греющей воды , со стороны смеси (табл. XXXI
[1]). Коэффициент теплопроводности нержавеющей стали .
,
где
- толщина стенки труб теплообменника.
Коэффициент
теплопередачи:
Поверхностная
плотность теплового потока:
.
Проверяем
принятое значение .
.
Проверяем
принятое значение .
.
Принятая
и рассчитанная температуры и критерии Прандтля практически равны.
Расчёт
окончен.
Расчетная
площадь поверхности теплообмена:
При
определении площади поверхности труб, исходя из отличия и ,
принимаем средний диаметр труб .
,
где
- выбранная длина труб,
.
Запас
площади поверхности теплообмена
Запас
площади поверхности теплообмена достаточен.
Принимаем
одноходовой кожухотрубчатый теплообменник с внутренним диаметром кожуха и с числом труб на один ход трубного пространства (общее число труб -13),с поверхностью теплообмена 3 м2,
диаметром труб 25х2.
7.2 Расчет и подбор конденсатора
. Выбираем коэффициент теплопередачи из табл. 2.1 [2].
При
передачи тепла от конденсирующегося пара органических жидкостей к воде К = 600
.
Рассчитываем среднюю разность температур:
(2.6
[2]).
.
Определяем необходимую поверхность теплообмена:
(2.1
[2]).
.
И табл. 2,4 [2] выбираем стандартный кожухотрубчатый конденсатор с плавающей
головкой по ГОСТу 14246 - 79:
поверхность
теплообмена 105м2
длина
труб 6м
число
ходов 2
диаметр
труб 252 мм
диаметр
кожуха 600 мм
площадь
сечения одного хода по трубам 0.016 м2.
Запас
площади поверхности теплообмена:
Запас
площади поверхности теплообмена достаточен.
7.3 Расчет и подбор кипятильника
При расчете кипятильника принимаем высоту труб Н=5м. Выпарная установка
работает при кипении раствора в трубах при оптимальном уровне.
При расчете установки определенны:
тепловая нагрузка Q =
2,76*106Вт;
-
температура кипения кубового остатка
Принимаем
температуру конденсации сухого насыщенного водяного пара
Средняя
разность температур:
(стр. 237
[1]).
Ориентировочно определяем максимальную величину площади поверхности
теплообмена
,
где
- коэффициент теплопередачи, принимаем по таблице 4.8
[1] .
.
.
Запас
площади поверхности теплообмена:
Запас
площади поверхности теплообмена достаточен.
8. Расчет и подбор насоса
Принимаем,
что центробежный насос установлен на высоте 1м над уровнем открытого водоема
для перекачки смеси. Геометрическая высота подъема смеси 7,7м. температура 18. На линии нагнетания ()
расположены 2 отвода под углом и 4
отвода под углом . На линии всасывания ()
установлено 2 прямоточных вентиля и 3 отвода под углом (в обоих случаях отношение радиуса изгиба к
внутреннему диаметру трубопровода равно 4).
Выбираем
насос (по напору и мощности).
.
Выбираем диаметр трубопровода, приняв скорость смеси во всасывающий и
нагнетательной линиях одинаковой и равной 1.5 .
(1,21 [4]),
Выбираем
стальной трубопровод с незначительной коррозией.
.
Рассчитываем потери на трение и местные сопротивления.
.
Режим
турбулентный
Среднее
значение абсолютной шероховатости стенок труб (табл. 7
[4]). Относительная шероховатость .
По
графику 1,5 [4] находим значение коэффициента трения .
Сумма
коэффициентов местных сопротивлений для всасывающей линии:
(1,51
[4]),
,
где
= 0,5 - вход в трубу с острыми краями;
=0,79*0,92=
0,72 - прямоточный вентиль (для и );
= 1,00,11=0,11 - отвод под углом .
,
Потери
напора на всасывающей линии:
(1,57
[4]),
Сумма
коэффициентов местных сопротивлений для нагнетательной линии:
(1,58
[4]),
,
где
= 1 - выход из трубы, = 1,00,11 - отвод под углом , = 1,130,11=0,12
- отвод под углом .
Тогда
.
Потери
напора на нагнетательной линии
Общие
потери напора:
(1,63
[4]),
Выбираем
насос
Рассчитываем
полный напор, развиваемый насосом:
Полезная
мощность насоса:
Для
ц/б насоса средней производительности принимаем
.(2,4
[4]).
Тогда
мощность, потребляемая двигателем насоса
.
По
таблице 2,2 [4] устанавливаем, что по заданной производительности и напору
следует выбрать центробежный насос со следующими характеристиками:
марка
Х20/18;
Q = ;
H = 13.8;
;
двигатель
А02-31-2;
мощность
= 3;
= 0,6;
n = 48.3.
Рассчитываем
предельную высоту всасывания:
Для
ц/б насосов запас напора, необходимый для исключения кавитации рассчитывается
по формуле
колонна тарелка насос кипятильник
(стр. 63
[4]),
.
Литература
1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи
по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - Л.: Химия, 1987. - 576
с.
. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие
по проектированию / Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Под
редакцией Ю.И. Дытнерского, 2 - е изд., перераб. и дополн. - М.: Химия, 1991. -
496 с.
. Александров И.А. Ректификационные и абсорбционные аппараты.
М.: Химия, 1978. - 277 с.
. Романков П.Г., Курочкина М.И. Примеры и задачи по курсу
«Процессы и аппараты химической промышленности»: Учеб. пособие для техникумов.
- Л.: Химия, 1984. - 232 с.
. Лащинский А.А. Конструирование сварных химических
аппаратов: Справочник. Л.: Машиностроение, 1981. - 382 с.
. Скобло А.И. и др. Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей
и нефтехимической промышленности: Учебник для вузов/ А.И. Скобло, И.А.
Трегубова, Ю.К. Молоканов. - 2-е изд. Перераб и доп. - М.: Химия, 1982. - 584.
- с.363.