Расчет ректификационной установки (стр. 3 )

h, мм––––600 ≥ 600

Для насадочной колонны

Н = Zn + (n – 1)hр+ Zв+ Zн,

где Z – высота насадки в одной секции, м; n – число секций; hр – высота промежутков между секциями насадки, в которых устанавливают распределители жидкости, м.

Расчет высоты насадки приведен в [5, с. 232–235].

Значения Zв и Zн выбирают в соответствии с рекомендациями [7]:

Диаметр колонны, мм Zв, мм Zн, мм

400–1

1200–2

2400 и более 1

8. Выбор нормализованных размеров и материала колонны

по каталогам и справочникам

Находят диаметры верхней и нижней частей колонны и принимают ближайший больший стандартный диаметр обечайки [7, 8]. Рационально принять стандартный диаметр обечайки одинаковым для обеих частей колонны. При этом действительные рабочие скорости паров в колонне равны:

; .

В зависимости от свойств разделяемой смеси выбирают [8] материал основных элементов колонны: обечайки, крышки, днища, тарелок, опор, фланцев и т. д.

9. Гидравлический расчет колонны

Гидравлическое сопротивление тарелок колонны определяют по формуле:

ΔΡк=nвΔΡв+nнΔРн,

где ΔΡв и ΔРн – гидравлическое сопротивление тарелки соответственно верхней и нижней частей колонны, Па.

полное гидравлическое сопротивление одной тарелки складывается из трех составляющих:

ΔΡ=ΔΡс+ΔΡп+ΔΡσ.

Гидравлическое сопротивление сухой тарелки:

ΔΡс=ξw2ρy/(2).

Значения коэффициентов сопротивления ξ сухих тарелок различных конструкций приведены в [9, 11].

Гидравлическое сопротивление парожидкостного слоя (пены) на тарелке:

ΔΡп=gρxh0,

где h0 – высота светлого слоя жидкости, м.

Для колпачковых тарелок высоту светлого слоя жидкости можно найти по уравнению [9]:

h0=0,0419+0,19hпер– 0,0135w+2,46q,

где q – линейная плотность орошения, м3/(м·с); q=Q/Lc; Q – объемный расход жидкости, м3/с; Lc – периметр слива, м; hпер – высота переливной перегородки, м.

Для ситчатых и клапанных тарелок [9]:

где σж и σв – поверхностное натяжение жидкости и воды при температуре в колонне; – вязкость жидкости в мПа·с; k = 0,05–4,6hпер.

Для провальных тарелок высоту светлого слоя жидкости находят из соотношения

h0 = hп(1 – ε),

где hп – высота парожидкостного барботажного слоя (пены) на тарелке, м; ε – паросодержание барботажного слоя.

Высоту парожидкостного слоя hп можно найти из уравнения [9]:

Fr=,

где Fr= – критерий Фруда; w0 – скорость пара в свободном сечении тарелки, м/с; В – коэффициент (см. с. 15); С – величина, равная

.

Плотность орошения U для провальных тарелок

U = L/(0,785d2ρж).

Паросодержание барботажного слоя

ε = 1–

Гидравлическое сопротивление насадочной колонны [9]:

,

где b – коэффициент, зависящий от типа насадки; U = L/(0,785D2ρж) – плотность орошения, м3/(м2·с).

Гидравлическое сопротивление сухой неорошаемой насадки ΔРс рассчитывают по уравнению [1]:

,

где λ – коэффициент сопротивления сухой насадки, зависящий от режима движения пара в насадке.

Коэффициент сопротивления беспорядочно насыпанных кольцевых насадок можно рассчитывать по формулам:

при ламинарном движении (Rеп < 40)

λ = 140/Rеп;

при турбулентном движении (Rеп > 40)

λ = 16/.

10. Тепловой баланс колонны и определение расхода греющего пара в кипятильнике

Расход теплоты, получаемой в кубе–испарителе от греющего пара

Qк=PR(I – iP)+ P(I – iF)+W(iW – iF)+Qпот,

где rP=rнк+(1–)rвк – удельная теплота конденсации паров на выходе из колонны, Дж/кг; I=iP+rP – энтальпия пара, Дж/кг; iP – энтальпия дистиллята, Дж/кг; iF и iW – энтальпии исходной смеси и кубового остатка, Дж/кг; Qпот – потери тепла в окружающую среду, Вт.

Потери тепла в окружающую среду принимают в размере 3÷5% от Qк.

Энтальпия жидкости рассчитывается по формуле [2]:

i=c·t,

где с – удельная теплоемкость жидкости, дж/(кг·К).

теплоемкость смеси по [2]:

ссм=,

где снк и свк – теплоемкости чистых НК и ВК при температуре смеси [2, 3].

Расход греющего пара в кубе–испарителе, кг/с:

Gгр=Qк/rгр,

где rгр – удельная теплота конденсации греющего пара, Дж/кг [3].

11. Расчет тепловых нагрузок дефлегматора, холодильника и

подогревателя исходной смеси

Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре, Вт:

Qд=P(1+R)rP.

Тепловая нагрузка холодильника дистиллята:

Qх=Р (tP – tx),

где – теплоемкость дистиллята при средней температуре 0,5(tP + tx).

Тепловая нагрузка подогревателя исходной смеси:

Qпод=F (tF – tн),

где – теплоемкость исходной смеси при средней температуре 0,5(tF + tн).

12. Определение расхода охлаждающей воды в дефлегматоре

и холодильнике

Расход охлаждающей воды в дефлегматоре, кг/с

Gд=,

где св – теплоемкость воды при средней температуре 0,5(t1 + t2), Дж/(кг·К).

Расход охлаждающей воды в холодильнике дистиллята:

Gх=.

13. Расчет поверхности нагрева всех теплообменников с полным расчетом коэффициентов теплопередачи и выбор нормализованных размеров теплообменников по ГОСТам и нормалям

Определение поверхности нагрева теплообменников (подогревателя, дефлегматора, кипятильника и холодильника) следует проводить в соответствии с теорией теплопередачи при использовании учебников [1–3, 10, 13, 14] и специальной теплотехнической литературы.

Прежде чем приступить к расчету подогревателя исходной смеси, необходимо проверить, обеспечит ли кубовый остаток тепловую нагрузку подогревателя. Если теплосодержание кубового остатка значительно ниже Qпод, то для нагревания исходной смеси до температуры кипения требуется установить дополнительный теплообменник, обогреваемый насыщенным водяным паром. В этом случае следует изменить технологическую схему установки, добавив в нее еще один подогреватель исходной смеси. Расчет поверхности теплообмена провести для первого подогревателя.

14. Расчет тепловой изоляции колонны с выбором

теплоизоляционного материала

Толщину тепловой изоляции δи находят из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции от поверхности изоляции в окружающую среду [5]:

,

где –коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду, Вт/(м2·К) [1]; –температура изоляции со стороны окружающей среды, °С; –температура изоляции со стороны аппарата, °С; – температура окружающей среды, °С; λи – коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/(м·К) [15].

Литература

1. Касаткин процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 19с.

2. плановский А. Н., , процессы и аппараты химической технологии. Л.: Химия, 19с.

3. , , Носков и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Л.: Химия, 19с.

4. , , Кафаров между жидкостью и паром. Кн. 1–2. М.–Л.: Наука, 19+ 786 с.

5. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/ , , и др. Под ред. , 2–е изд., перераб. и дополн. М.: Химия, 19с.

6. Перри Дж. Справочник инженера–химика. Т. 1, 2. Л.: Химия, 19с., 504 с.

7. Каталог. колонные аппараты. Изд. 2–е. М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 19с.

8. , Толчинский конструирования и расчета химической аппаратуры (справочник). Л.: Машиностроение, 19с.

9. Рамм газов. М.: Химия, 19с.

10. Машины и аппараты химических производств/ , , и др. Под ред. , 3–е изд., перераб. и дополн. М.: Машиностроение, 19с.

11. Александров и абсорбционные аппараты. М.: Химия, 19с.

12. Стабников и конструирование контактных устройств ректификационных и абсорбционных аппаратов. Киев: Технiка, 19с.

13. Справочник по теплообменникам. Т. 1 и Т. 2. Пер. с англ./ Под ред. и др. М.: Энергоатомиздат, 1987.

14. Теплопередача и теплообменники. М.: Госхимиздат, 19с.

15. Теплотехнический справочник. Т. 2. М.: Энергия, 19с.

Приложение 1

Министерство образования РФ

Технологический институт СГТУ

Кафедра МХП

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине

"Основные процессы и аппараты химической технологии"

на тему:

"Расчет ректификационной установки"

Выполнил: ст. гр. ТЭП – 41

Проверил:

Энгельс 2004