Ректификация

Чтобы определить истинную температуру стенки со стороны конденсирующегося пара построим графическую зависимость удельного теплового потока от принятой температуры стенки:Рис. 3.17 График зависимости удельного теплового потока от температуры стенкиПо графику определим истинную температуру стенки со стороны пара и соответствующий удельный поток:, .Тогда расчетная площадь поверхности теплообмена составитЗапас площади поверхности теплообмена в выбранном теплообменном аппарате по сравнению с рассчитанной площадью составит3.12.2 Подбор подогревателяПодогреватель предназначен для нагревания 1,92 кг/с исходной смеси перед подачей в колонну. Смесь нагревается при атмосферном давлении от начальной температуры 22оС до температуры кипения. Греющая среда – насыщенный водяной пар с давлением 0,3 МПа. Потери теплоты в окружающую среду примем а размере 5% от полезной теплоты.Рис. 3.18 Схема одноходового кожухотрубного подогревателяНагреваемая смесь будет двигаться по трубному пространству аппарата, а греющий пар – по межтрубному пространству. 132,9 → 132,922 → 92,8110,9 40,1Тепловой баланс аппарата:Удельная теплота конденсации пара с давлением 0,3 МПа составляет 2171 кДж/кг.Удельная теплоемкость исходной смеси при средней температуре потока . При этой температуре теплоемкость воды . Тепловая нагрузка аппарататогда расход пара составитПримем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи Тогда ориентировочная поверхность теплопередачи составит:Зададимся критерием Рейнольдса, значение которого будет соответствовать турбулентному режиму движения теплоносителя по трубам диаметром 25×2 мм: Re=10000. Тогда скорость потока в трубах составит:При плотность бензола составит 834 кг/м3, а плотность уксусной кислоты 1007 кг/м3. Тогда плотность смеси . Вязкость бензола при указанной температуре составит 0,403 ∙10-3 Па∙с, вязкость уксусной кислоты 0,726∙10-3 Па∙с. Тогда вязкость смеси составит .Тогда скорость потока в трубах составит:Число труб на один ход составит:Выберем одноходовой теплообменник типа ТК, имеющий следующие параметры:- диаметр кожуха 0,325 м;- число труб 56;- размер труб 25×2 мм;- поверхность теплообмена 13 м2;- длина труб 3,0 м;- число труб по вертикали 8.Запас площади поверхности теплообмена в выбранном теплообменном аппарате по сравнению с рассчитанной площадью составит3.12.3 Подбор кипятильникаКипятильник предназначен для создание парового потока по колонне. В нем происходит кипение кубовой жидкости при атмосферном давлении. Греющая среда – насыщенный водяной пар с давлением 0,3 МПа.Рис. 3.19 Схема кожухотрубного кипятильникаКубовая жидкость будет двигаться по трубному пространству аппарата снизу вверх, а греющий пар – по межтрубному пространству. 132,9 → 132,9105 → 105 27,9 27,9Тепловая нагрузка кипятильника и расход греющего пара определяется из теплового баланса ректификационной установки, соответственно тепловая нагрузка кипятильника будет равна:тогда расход пара составитПримем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи Тогда ориентировочная поверхность теплопередачи составит:Выберем одноходовой теплообменник типа ТК, имеющий следующие параметры:- диаметр кожуха 0,325 м;- число труб 62;- размер труб 25×2 мм;- поверхность теплообмена 14,5 м2;- длина труб 3,0 м;- число труб по вертикали 9.Запас площади поверхности теплообмена в выбранном теплообменном аппарате по сравнению с рассчитанной площадью составит3.12.4 Подбор насоса для подачи флегмы в колоннуНасос предназначен для подачи флегмы в колонну из делителя жидкости. Давление в исходном резервуаре и в колонне атмосферное.Определим внутренний диаметр всасывающей и нагнетательной линии по формуле:где – массовый расход потока в трубопроводе, кг/с;w – скорость движения потока в трубопроводе, м/с; - плотность потока при его средней температуре, кг/м3.Примем скорость движения потока в нагнетательном и всасывающем трубопроводах равной 1 м/с.Плотность флегмы при температуре 80,5 оС равна .Тогда внутренний диаметр трубопроводов будет равенРис. 3.20 Схема установкиВыберем стандартный диаметр трубопровода 48×4 мм. Так как предварительно рассчитанный и стандартный диаметры совпадает, не будем пересчитывать скорость. Определим режим движения среды в трубопроводеВязкость смеси при температуре 80,5 оС равна .Режим движения турбулентный.Рассчитаем коэффициент трения при турбулентном режиме движения потока, учитывая, что величина эквивалентной шероховатости составит .Определим потери напора во всасывающем и нагнетательном трубопроводах. Примем, что на всасывающей линии имеются 3 поворота под углом 90о, вход в трубопровод. Длину всасывающей линии примем равной 40 м.Коэффициенты местных сопротивлений составят:- для отвода углом 90о:Примем отношение радиуса изгиба трубы к диаметру трубопровода . Тогда- для входа в трубопровод с острыми краями .Тогда Потери напора на всасывающей линии составят:Определим потери напора на нагнетательном трубопроводе, приняв его длину 100 м, и что на нем имеются:- задвижка,- 3 отвода под углом 90о,- обратный клапан.Коэффициенты местных сопротивлений:- для отвода ;- для обратного клапана ;- для задвижки .Потребный напор насоса определим по формуле:где - геометрическая высота подъема жидкости, м;- давление в исходном резервуаре, Па;- давление в колонне, Па. Геометрическая высота поъема жидкостиДавление в исходном резервуаре и в колонне одинаково 105 Па.Тогда По сводному графику подач и напоров выберем насос для подачи флегмы в колонну: насос с частотой вращения рабочего колеса .3.12.5 Подбор насоса для подачи исходной смеси в колоннуНасос предназначен для подачи исходной смеси в колонну из исходного резервуара на тарелку питания колонны. Температура исходной смеси во всасывающей линии , температура исходной смеси в нагнетательной линии Расход исходной смеси 6900 кг/ч. Давление в исходном резервуаре и в колонне атмосферное.Рис. 3.21 Схема установкиОпределим внутренний диаметр всасывающей и нагнетательной линии по формуле:где – массовый расход потока в трубопроводе, кг/с;w – скорость движения потока в трубопроводе, м/с; - плотность потока при его средней температуре, кг/м3.Примем скорость движения потока в нагнетательном и всасывающем трубопроводах равной 1 м/с.Плотность бензола при температуре 20оС равна , плотность уксусной кислоты . Тогда плотность исходной смеси при температуре 20 оС будет равна:Тогда внутренний диаметр трубопроводов будет равенПлотность бензола при температуре 92,8оС равна , плотность уксусной кислоты . Тогда плотность исходной смеси при температуре 20 оС будет равна:Тогда внутренний диаметр трубопроводов будет равенВыберем стандартный диаметр всасывающего и нагнетательного трубопроводов57×3,5 мм. Скорость исходной смеси во всасывающем трубопроводе не отличается от ранее принятой, поэтому не будем уточнять ее значение. Пересчитаем скорость потока в нагнетательном трубопроводе:Определим режим движения среды в трубопроводеВязкость бензола при температуре 20оС равна , вязкость уксусной кислоты при температуре 20 оС равна . ТогдаТогда для всасывающей линии:Режим движения турбулентный.Вязкость бензола при температуре 92,8оС равна , вязкость уксусной кислоты при температуре 92,8оС равна . ТогдаТогда для нагнетательной линииРежим движения турбулентный.Рассчитаем коэффициент трения при турбулентном режиме движения потока для всасывающего трубопровода, учитывая, что величина эквивалентной шероховатости составит .Для нагнетательного трубопровода;Определим потери напора во всасывающем и нагнетательном трубопроводах. Примем, что на всасывающей линии имеются 2 поворота под углом 90о, вход в трубопровод. Длину всасывающей линии примем равной 25 м.Коэффициенты местных сопротивлений составят:- для отвода углом 90о:Примем отношение радиуса изгиба трубы к диаметру трубопровода . Тогда- для входа в трубопровод с острыми краями .Тогда .Потери напора на всасывающей линии составят:Определим потери напора на нагнетательном трубопроводе, приняв его длину 100 м, и что на нем имеются:- вентиль,- 3 отвода под углом 90о.Коэффициенты местных сопротивлений:- для отвода ;- для вентиля с диаметром проходного сечения 50 мм.Кроме того, на нагнетательной линии установлен теплообменный аппарат, через который по трубному пространству проходит исходная смесь. Необходимо учесть потери напора при движении потока через теплообменник. Потери напора при проходе через теплообменный аппарат рассчитаем по следующей формуле:Где – потери давления в теплообменнике, Па.Потери давления при движении жидкости через теплообменный аппарат зависят от его размеров и конструктивных особенностей и составляют:- для трубного пространства от 500 до 50000Па;- для межтрубного пространства от 1000 до 20000 Па.Примем размер потерь давления в теплообменном аппарате 2000 Па. Тогда потеря напора в теплообменнике составит:Потребный напор насоса определим по формуле:где - геометрическая высота подъема жидкости, м;- давление в исходном резервуаре, Па;- давление в колонне, Па. Геометрическая высота подъема жидкости равна расстоянию до тарелки питанияДавление в исходном резервуаре и в колонне одинаково 105 Па.Потери напора в трубопроводе определяются как сумма потер напора во всасывающей, нагнетательной линии и в теплообменном аппарате:Тогда потребный напор, обеспечивающий заданный расход будет равен:По сводному графику подач и напоров выберем насос для подачи смеси в колонну: насос с частотой вращения рабочего колеса .4 Техника безопасности при обслуживании ректификационной установкиРектификационные колонны перед пуском должны быть осмотрены, проверена исправность и готовность к работе всех связанных с ними аппаратов и трубопроводов, исправность контрольно-измерительных приборов, регуляторов температуры и давления в колонне, измерителей уровня жидкости в нижней части колонны приемниках ректификата, ректификационных емкостях и емкостях остатка.Пуск ректификационной установки в работу должен производиться строго в установленной последовательности, которая должна быть указана в технологической инструкции.При работе ректификационной колонны необходимо непрерывно контролировать параметры процесса и исправность аппарата.Для улавливания жидкости, которая может быть выброшена вместе с парами и газами через предохранительный клапан наружу на линии за предохранительном клапаном следует иметь сепаратор. Уровень жидкости в сепараторе не должен превышать установленного предела.В зимнее время на открытых установках не реже одного раза в смену необходимо проверять состояние колонны, продуктопроводов, водяных линий, дренажных отростков на паропроводах и аппарата, спускных линий и т.п.В этот период следует обеспечить непрерывное движение жидкости в коммуникациях для предотвращения их разрыва. Спускные и дренажные линии, а также наиболее опасные участки для подачи воды, щелочи, других замерзающих жидкостей должны быть утеплены.Необходимо следить за тем, чтобы поврежденные участки теплоизоляции ректификационных колонн и их опор своевременно исправлялись. Теплоизоляция должна быть чистой, исправленной и выполнена так, чтобы при утечках не могли образовываться скрытые потоки жидкости по корпусу.Чистку внутренней поверхности колонны следует вести осторожно неискрящими инструментами.Отложения, снимаемые со стенок приочистке необходимо складывать в металлическую посуду и удалять из помещения или с установки.При обнаружении утечки в ректификационных колоннах необходимо подать водяной пар или азот к местам пропуска для предотвращения возможного воспламенения или образования смесей взрывоопасных концентраций.При возникновении аварии или пожара после снижения внутреннего давления в аппарате необходимо подать внутрь его водяной пар или азот.В цехах или на открытых установках необходимо проверять наличие первичных средств пожаротушения и исправность имеющихся стационарных или полустационарных систем пожаротушения.Колонные аппараты большой высоты (40м и более) должны быть обеспечены стационарными системами водяного или воздушно-пенного охлаждения и тушения, состояние и наличие которых должно систематически проверяться..[11]ЗАКЛЮЧЕНИЕВ данной работе представлен курсовой проект на тему «Рассчитать и спроектировать колонну непрерывного действия для ректификации двухкомпонентной гомогенной смеси».Работа выполнена согласно заданию и состоит из пояснительной записки и графической части.В пояснительной записке 4 разделf. В первом разделе дано описание технологической схемы ректификации. Во втором разделе пояснительной записки описано устройство ректификационной колонны. Приведено описание и особенности различных типов тарелок. Здесь же выбраны конструкционные материалы для изготовления данного аппарата.Третий раздел представлен технологическим расчетом аппарата. Здесь мы выбрали и рассчитали колонну ректификационную насадочного типа. В качестве насадки приняли керамические кольца Рашига 35×35×4 мм. Параметры колонны:- диаметр колонны 1000 мм- высота насадочной части колонны 9,32 м;- общая высота колонны 12,2 м.В этом же разделе представлены расчеты диаметров штуцеров, а также необходимые прочностные расчеты: толщины стенки обечайки и днища, подбор опоры.Также мы рассчитали и подобрали вспомогательное оборудование установки.В четвертом разделе описаны мероприятия по безопасному обслуживанию ректификационной установки.СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ1. А. Г. Касаткин. Основные процессы и аппараты химической технологии. М., «Химия», 1973. – 752 с.2. Коган, В.Б. Равновесие между жидкостью и паром. Справочное пособие. В 2-х кн. / В.Б. Коган, В.М.Фридман, В.В. Кафаров. М-Л.: Наука, 1966.3. Юровская, М.А. Процессы и аппараты химической технологии. Ректификация. М.А.Юровская, В.К.Леонтьев / уч.пособие. – Ярославль: изд-во ЯГТУ,2019.-224 с.4. Перри Дж. Справочник инженера – химика. т. 1/ Дж. Перри; под ред. Н.М. Жаворонкова. - М.: Химия, 1969.5. Плановский, А.Н. Процессы и аппараты химической технологии: учебник для техникумов / А.Н. Плановский, В.М. Рамм, С.З Каган.- 2-е изд.  М.: Химия, 1962. - 848 с.6. Павлов К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: учеб. пособие для вузов/ К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков; под ред. П.Г. Романкова. -10-е изд. - Л.: Химия, 2007. - 576 с.7. Основные процессы и аппараты химической технологии: пособие по проектированию / Г.С. Борисов [и др.]; под ред. Ю. И. Дытнерского.- 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Химия, 2008.- 496 с.8. Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов: Справочник. / А.А.Лащинский. - Л.:Машиностроение, 1981.-382 с.9. Тимонин, А.С. Основы конструирования и расчета технологического и природоохранного оборудования: справ. Т. 2 / А.С. Тимонин. – Калуга: Изд-во Н. Бочкаревой, 2006. – 1028 с.10. Лащинский А.А. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры / А.А.Лащинский, А.Р.Толчинский. - Л.: Машиностроение, 1970, 752 с.11. Правила пожарной безопасности при эксплуатации предприятий химической промышленности, М.: МинХимПром, 1981