Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Гидравлический расчет колонны ⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 7
Гидравлическое сопротивление сухой тарелки DРс = xwп2 rп / (2j2) (45) где j = 0,10 – относительное свободное сечение тарелки; x = 1,5 – коэффициент сопротивления тарелки (Приложение Е). · нижняя часть:
DРсн = 1,5×1,682×1,037 / (2×0,1002) = 219,51 Па
· верхняя часть:
DРсв = 1,5×1,812×0,983 / (2×0,1002) = 241,53 Па
Гидравлическое сопротивление обусловленное силами поверхностного натяжения s = 0,5(sА + sВ) (46), где sА = 0,017 Н/м - поверхностное натяжение этанола; sВ = 0,059 Н/м – поверхностное натяжение воды.
s = 0,5×(0,017 + 0,059) = 0,038 Н/м DРб = 4s/dэ (47)
где dэ = 0,005 м – диаметр отверстий.
DРб =4×0,038/0,005 = 30,4 Па
Гидравлическое сопротивление газожидкостного слоя DРсл = grжh0 (48)
где h0 –высота светлого слоя жидкости на тарелке.
h0 = 0,787q0,2hп0,56wТm[1 – 0,31exp(– 0,11m)](sж/sи)0,09 (49)
где q = L/rП – удельный расход жидкости; П = 0,57 м – периметр сливного устройства; hП = 0,03 м – высота сливного порога; wт = wпSк/Sт – скорость пара отнесенная к рабочей площади тарелки; sв = 0,059 Н/м – поверхностное натяжение воды m – показатель степени m = 0,05 – 4,6hп = 0,05 – 4,6×0,03 = – 0,088 · нижняя часть:
hон = 0,787×[1,56/(928,77×0,57)]0,2×0,030,56×(1,81×0,502/0,41) – 0,088´ ´[1 – 0,31×exp(– 0,11×0,33)]×(0,038/0,059)0,09 = 0,022 м
· верхняя часть:
hов = 0,787×[0,39/(837,77×0,57)]0,2×0,030,56×(1,68×0,502/0,41) – 0,088´ ´[1 – 0,31×exp(– 0,11×0,33)]×(0,038/0,059)0,09 = 0,017 м DРн.сл = 928,77×9,8×0,022 = 198,49 Па DРв.сл = 837,77×9,8×0,017 = 139,57 Па
Полное сопротивление тарелки DР = DРс + DРб· + DРсл (50) DРн =219,51 + 30,40 + 198,49 = 448,40 Па DРв = 241,53 + 30,40 + 139,57 = 411,5 Па
Суммарное гидравлическое сопротивление рабочей части колонны DРк = 448,40×6 + 411,5×12 =7629,6 Па
Тепловой расчет колонны Расход теплоты отдаваемой воде в дефлегматоре Qд = Р(1 + R)rр (51) Qд = 0,34×(1+1,8) 1173,24 = 1116,92 кВт
где rр – теплота конденсации флегмы
rр = rA + (1 – )rв (52) rр = 0,82×882 + (1 – 0,82)×2500 = 1173,24 кДж/кг
где rA = 882 кДж/кг – теплота конденсации этанола, кДж/кг rв = 2500 кДж/кг–теплота конденсации воды, кДж/кг В качестве охлаждаемого агента принимаем воду с начальной температурой 20°С, и конечной 30°С, тогда средняя разность температур составит:
Dtб = 77 – 20 = 57° С Dtм = 77 – 30 = 47° С Dtcр = (Dtб + Dtм) / 2 (53) Dtcр = (57 + 47) / 2 = 52,0° С
Ориентировочное значение коэффициента теплопередачи:
К = 400 Вт/(м2×К), тогда требуемая поверхность теплообмена F = Qд / (KDtср) (54) F = 1116,92×103/(400×52,0) = 54 м2
Принимаем стандартный кожухотрубчатый конденсатор с диаметром кожуха 600 мм и длиной труб 4 м, для которого поверхность теплообмена равна 63 м2 (Приложение Д). Расход охлаждающей воды
Gв = Qд / [св(tвк – tвн)] (55) Gв = 1116,92/[4,19×102·(30 – 20)] = 0,27 кг/с
Расход теплоты в кубе испарителе Qк = 1,03(Qд + Рсрtр + Wcwtw – FcFtF) (56)
где ср – теплоемкость дистиллята, кДж/(кг×К); сw – теплоемкость кубового остатка, кДж/(кг×К); сF– теплоемкость исходной смеси, кДж/(кг×К); 1,03 – коэффициент, учитывающий потери в окружающую среду.
сp = xp сА + (1 – xp) сВ; (57)
сА – теплоемкость этилового спирта, кДж/(кг °C) (Приложение Г); сВ – теплоемкость воды, кДж/(кг °C) (Приложение Г).
сp=0,82·0,71·4,19+0,18·4,19= 3,19 кДж/(кг×К).
Аналогично находим сF =3,27 кДж/(кг×К) и сw =4,16 кДж/(кг×К).
Qк = 1,03(1116,92 + 0,34×3,19×77 + 1,05×4,16×99,1 – 1,39×3,27×68) = 1362,52 кВт
Расход греющего пара
Принимаем пар с давлением 0,3 МПа, для которого теплота конденсации
r = 2171 кДж/кг, тогда Gп = Qк/r (58) Gп = 1362,52 / 2171 = 0,63 кг/c
Средняя разность температур в кубе испарителе
Dtср = tп – tw (59) Dtср = 167 – 99 = 68° C
Ориентировочное значение коэффициента теплопередачи
К = 300 Вт/(м2×К), тогда требуемая поверхность теплообмена. F = Q / (KDtср) (60) F = 1362,52×103/(300×68) = 66 м2
Принимаем стандартный кожухотрубчатый теплообменник с диаметром кожуха 600 мм и длиной труб 4 м, для которого поверхность теплообмена равна 75 м2 (Приложение Д).
Конструктивный расчет
Корпус колонны диаметром до 1000 мм изготовляют из отдельных царг (Приложение Б), соединяемых между собой с помощью фланцев.
· Толщина обечайки:
S > pD/(2[s]j – p) + c (61)
где [s] = 138 МПа – допускаемое напряжение для стали [3c394]; j = 0,8 – коэффициент ослабления сварного шва; с = 0,001 мм – поправка на коррозию [3с394].
S > 0,1×0,8/(2×138×0,8 – 0,1) + 0,001 = 0,003 м
Принимаем толщину обечайки s=8мм Наибольшее распространение в химическом машиностроении получили эллиптические отбортованные днища по ГОСТ 6533 – 78. · Толщину стенки днища (рис 11) принимаем равной толщине стенки обечайки sд = s = 8 мм.
Рис 11 – Днище колонны
Характеристика днища: h = 40 мм – высота борта днища; Масса днища mд = 16,9 кг. Объем днища Vд = 0,086 м3. Соединение обечайки с днищами осуществляется с помощью плоских приварных фланцев по ОСТ 26–428–79 (рис 12).
Рис 12 – Фланец
Подсоединение трубопроводов к аппарату осуществляется с помощью штуцеров. · Диаметр штуцеров
(62)
где wшт – скорость среды в штуцере. Принимаем скорость жидкости wшт=1 м/с, газовой смеси wшт=25 м/с Штуцер для входа исходной смеси
d1,2 = (1,39/0,785×1·903,34)0,5 = 0,044 м
принимаем d1 = d2 = 50 мм Штуцер для входа флегмы d3 = (1,8×0,34/0,785×1×772,20)0,5 = 0,033 м
принимаем d3 = 40 мм Штуцер для выхода кубового остатка
d3 = (1,05/0,785×1×954,2)0,5 = 0,037 м
принимаем d4 = 40 мм Штуцер для выхода паров
d3 = (0,72/0,785×25×1,037)0,5 = 0,188 м
принимаем d5 = 200 мм Штуцер для входа паров
d6 = (0,5/0,785×25×0,983)0,5 = 0,17 м
принимаем d4 = 200 мм Все штуцера должны быть снабжены плоскими приварными фланцами по ГОСТ 12820-80. Конструкция фланца приводится на рисунке 13, а размеры в таблице 4.
Рис 13 – Фланец штуцера
Таблица 4 – Размеры приварного фланца штуцера
· Расчет опоры Аппараты вертикального типа с соотношением Н/D > 5, размещаемые на открытых площадках, оснащают так называемыми юбочными цилиндрическими опорами, конструкция которых приводится на рисунке 14.
Рис 14 – Опора юбочная
· Ориентировочная масса аппарата. Масса обечайки
mоб = 0,785(Dн2-Dвн2)Нобρ (63)
где Dн = 0,616 м – наружный диаметр колонны; Dвн = 0,6 м – внутренний диаметр колонны; Ноб = 9,6 м – высота цилиндрической части колонны ρ = 7900 кг/м3 – плотность стали
mоб = 0,785(0,6162-0,62)9,6·7900 = 952,55 кг
· Масса тарелок
mт = mn (64) mт = 18·16,0 = 288,0 кг m = 16,0 кг – масса одной тарелки
· Общая масса колонны Принимаем, что масса вспомогательных устройств (штуцеров, измерительных приборов, люков и т.д.) составляет 10% от основной массы колонны, тогда
mк = mоб + mт + 2mд (65) mк = 1,1(952,55 + 288,0 +2·16,9) = 1401,79 кг≈1402 кг
Масса колонны заполненной водой при гидроиспытании Масса воды при гидроиспытании:
mв = 1000(0,785D2Hц.об + 2Vд) (66) mв = 1000(0,785·0,62·9,6 + 2·0,086) = 2884,96 кг≈2885 кг ректификационный колонна ситчатый этанол вода Максимальный вес колонны
mmax = mк + mв (67)
mmax = 1402 + 2885 = 4280 кг = 0,042 МН
Принимаем внутренний диаметр опорного кольца D1 = 0,55 м, наружный диаметр опорного кольца D2 = 0,8 м.
· Площадь опорного кольца
А = 0,785(D22 – D12) (68) А = 0,785(0,82 – 0,552) = 0,27 м2
· Удельная нагрузка опоры на фундамент
s = Q/A (69) s= 0,042/0,27 = 0,16 МПа < [s] = 15 МПа – для бетонного фундамента.
Выводы
На основе материального расчета рассчитаны материальные потоки в колонне и определен диаметр ректификационной колонны – 600 мм. Найдено оптимальное флегмовое число R = 1,8. Рассчитано действительное число тарелок: 6 в верхней и 12 в нижней части колонны. На основе теплового расчета выбран дефлегматор (диаметр кожуха 600 мм, длина труб 4 м, поверхность теплообмена 75 м2) и испаритель (диаметр кожуха 600 мм, длина труб 4 м, поверхность теплообмена 63 м2) определен расход охлаждающей воды и греющего пара. Проведен конструктивный расчет и подобраны нормализованные конструктивные элементы.
Заключение В данной курсовой работе рассмотрены основы процесса ректификации, классификация ректификационных колонн по конструкции внутреннего устройства, по периодичности действия и по способу организации движения потоков контактирующих фаз. Кроме того, представлены основные требования по выбору того или иного типа колонны. Согласно заданию на курсовую работу, в котором указаны компоненты бинарной смеси: этанол-вода, выбрана колонна с ситчатыми тарелками, и проведен её расчет по исходным данным, указанным в задании. Выполнен материальный и тепловой балансы, определены основные размеры аппарата и подобраны нормализованные конструктивные элементы. Для расчетов была выбрана колонна с ситчатыми тарелками, так как они наилучшим образом подходят для проведения разделения незагрязненных жидкостей с постоянной нагрузкой. Для повышения эффективности работы колонн с ситчатыми тарелками можно порекомендовать: · соотношение между диаметром отверстий и шагом принять равным 3,6; · толщину тарелок по возможности уменьшить; · высота сливного порога при средних и больших скоростях пара в свободном сечении колонны (0.7-1,0 м/с) должна быть не менее 40-50 мм (до75); при малых скоростях пара высота сливного порога не оказывает влияния на эффективность работы тарелки;
· расстояние между тарелками более 150-200 мм не оказывает существенного влияния на эффективность массообмена при условии отсутствия пены; на участках колонны, где образуется большое количество пены, расстояние между тарелками следует увеличивать; · в колоннах большого диаметра нужно устанавливать тарелки с наклоном в сторону слива, равным 1:45; · свободное сечение тарелок брать в пределах 7-15%.
Список литературы
1 Краткий справочник физико-химических величин. М., «Химия», 1967 г. 2 Основные процессы и аппараты химической технологии, пособие по проектированию под ред. Ю.И. Дытнерского. М., «Химия» 1991 г. 3 Расчет и проектирование массообменных аппаратов. Учебное пособие. В.Я. Лебедев и др. – Иваново, 1994 г. 4 А.А. Лащинский, А.Р. Толчинский. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. М, 1968 г. 5 К.Ф. Павлов, П. Г. Романков, А. А. Носков. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Л., «Химия», 1987 г. 6 П.Г. Романков, В.Ф. Фролов, О.М. Флисюк, М.И. Курочкина. Методы расчета процессов и аппаратов химической технологии (примеры и задачи). Л., Химия, 1993 г. 7 Г.Я. Рудов, Д.А. Баранов. Расчет тарельчато ректификационной колонны, методические указания. М., МГУИЭ, 1998 г. 8 Каталог «Емскостная стальная сварная аппаратура». М., «ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ», 1969 г. 9 Каталог «Кожухотрубчатые теплообменные аппараты общего и специального назначения». М., «ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ», 1991 г. 10 ГОСТ 12820-80 «Фланцы стальные плоские приварные на Ру от 0,1 до 2,5 Па (от 1 до25 кгс/см2). Конструкция и размеры». 11 ГОСТ 28759.4-90 «Фланцы сосудов и аппаратов стальные приварные встык под прокладку восьмиугольного сечения. Конструкция и размеры». 12 ОСТ 26-01-108-85 «Тарелки ситчато-клапанные колонных аппаратов. Параметры, конструкция и размеры». Приложение А
Ситчатая тарелка диаметром 400-600 мм исполнения I
Приложение Б
Схема установки неразборных тарелок в царге 1 – кронштейн; 2 – кольцо упорное; 3 – болт М10х35 по ГОСТ 7798-70; 4 – гайка по ГОСТ5916-70.
Приложение В
Ориентировочные значения коэффициента теплопередачи К
Приложение Г
Номограмма для определения теплоёмкости жидкостей
Пересчет в СИ:1 ккал/(кг·ºС) = 4,19·102 Дж/(кг·К) Приложение Д
Параметры кожухотрубчатых теплообменников и холодильников (по ГОСТ 15118-79, ГОСТ 15120-79 и ГОСТ 15122-79) Приложение Е
Значение коэффициентов сопротивления сухих тарелок различных конструкций
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2020-12-09; просмотров: 158; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.119.133.228 (0.109 с.) |