Назначение и область проектируемого объекта — КиберПедия 

История развития хранилищ для нефти: Первые склады нефти появились в XVII веке. Они представляли собой землянные ямы-амбара глубиной 4…5 м...

Своеобразие русской архитектуры: Основной материал – дерево – быстрота постройки, но недолговечность и необходимость деления...

Назначение и область проектируемого объекта

2020-12-08 64
Назначение и область проектируемого объекта 0.00 из 5.00 0 оценок
Заказать работу

ВВЕДЕНИЕ

 

Процесс ректификации находит широкое применение во многих отраслях химической, пищевой, и нефтеперерабатывающей промышленности. Для проведения ректификационного процесса применяют колонные аппараты различного типа, отличающиеся один от другого способом контакта фаз и видом контактного устройства.

Целью расчета ректификационной установки является определение основных размеров колонны, ее гидравлического сопротивления, поверхности теплообменников, материальных потоков и затрат тепла.


НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРОЕКТИРУЕМОГО ОБЪЕКТА

 

Колонные аппараты предназначены для проведения процессов тепло- и массообмена: ректификации, дистилляции, абсорбции, десорбции. Корпуса стандартизованных колонных аппаратов изготавливаются в двух исполнениях:

Ø Корпус, собираемый из отдельных царг с фланцевыми соединениями, рассчитан на давление 1,6 МПа.

Ø Корпус цельносварной, рассчитанный на давление до 4 МПа, имеют колонные аппараты диаметром более 1000мм с интервалом изменения диаметра через 200мм. Расстояния между тарелками в зависимости от типов могут изменяться от 300 до 1000мм.

До настоящего времени не выработано обобщенных и достаточно объективных критериев выбора типа тарелки для ведения того или иного процесса. Существенную роль в этом играют сложившиеся в организациях – поставщиках традиции, опирающиеся на многолетний опыт надежной эксплуатации разрабатываемой ими массообменной аппаратуры.

Тарелки с капсульными колпачками получили наиболее широкое распространение, благодаря своей универсальности и высокой эксплуатационной надежности, они достаточно эффективны, но металлоемки и сложны в монтаже.

Тарелки, собираемые из S – образных элементов, устанавливаются преимущественно в колоннах больших диаметров. Их производительность на 20-30% выше, чем у капсульных.

Клапанные тарелки, по сравнению с колпачковыми, имеют более высокую эффективность и на 20-40% большую производительность. Они применяются для обработки жидкостей, не склонных к смолообразованию и полимеризации, во избежание прилипания клапана к тарелке.

Ситчатые тарелки имеют достаточную высокую эффективность, низкое сопротивление и малую металлоемкость. Они применяются преимущественно в колоннах для обработки чистых жидкостей при атмосферном давлении и вакууме.

Решетчатые тарелки провального типа имеют производительность в 1,5 – 2 раза большую, чем колпачковые тарелки, низкую металлоемкость. Их эффективность достаточно высока, но в узком диапазоне рабочих скоростей. Эти тарелки рекомендуется применять при больших нагрузках колонны по жидкости.

Расчет флегмового числа

 

Минимальное флегмовое число можно рассчитать по формуле

 

 (II.3.1)

где - мольная доля низкокипящего компонента в паре, равновесном с исходной смесью, определяется по диаграмме х-у (рисунок 2).

Для нашего случая  Отсюда

 

 

Оптимальное флегмовое число найдем из условия получения минимального объема колонны, пропорционального произведению nT(R+1), где nT - число ступеней изменения концентрации (теоретическое число тарелок).

Расчет оптимального флегмового числа выполняем следующим образом:

а) задаемся рядом коэффициента избытка флегмы β в пределах от 1,1 до 5,0; определяем рабочее флегмовое число  и величину отрезка ;

б) откладываем отрезок В на оси ординат и проводим линии рабочих концентраций верхней и нижней частей колонны;

в) между равновесной и рабочими линиями в пределах концентраций xW и xD строим ступени, каждая из которых соответствует теоретической тарелке;

г) при каждом значении β определяем число теоретических тарелок nT и величину произведения nT(R+1).Результаты расчета сводим в таблицу 2.

Таблица 2 – Данные для расчета оптимального флегмового числа

β R B nT nT·(R+1)
1,1 2,464 0,241 16 55,424
1,75 3,92 0,17 12 59,04
2 4,48 0,15 11 60,28
2,8 6,272 0,11 9 65,448
3,6 8,064 0,092 8 72,512

д) по данным таблицы 2 строим график зависимости nT(R+1)=f(R) (рисунок 3) и находим минимальное значение величины nT(R+1). Ему соответствует флегмовое число R=2,5.

Эту величину и принимаем в дальнейших расчетах за оптимальное рабочее число флегмы. Число ступеней изменения концентраций при этом равно 16.


ВЫСОТА КОЛОННЫ

Высоту колонны определяем графо-аналитическим методом, т.е. последовательно рассчитываем коэффициенты массоотдачи, массопередачи, коэффициенты полезного действия тарелок; строим кинетическую кривую и определяем число действительных тарелок.

Коэффициент массоотдачи в паровой фазе

 

 (III.1)

 

где Dп – коэффициент диффузии паров компонента А в парах компонента В, рассчитывается по формуле

 

 (III.2)

 

где Т – температура, К; p – абсолютное давление, кгс/см2; МА, МВ – мольные массы компонентов А и В; νА, νВ – мольные объемы компонентов А и В, определяемые как сумма атомных объемов элементов, входящих в состав пара [2].

Rе – критерий Рейнольдса для паровой фазы

 

 (III.3)

 

где μп – динамический коэффициент вязкости пара, Па·с.


 (III.4)

 

где Мср.п, МА, МВ – мольные массы пара и отдельных компонентов, кг/кмоль; μср.п, μА, μВ – соответствующие им динамические коэффициенты вязкости; уА, уВ – объемные доли компонентов смеси.

Коэффициент диффузии паров ацетона в парах этилового спирта:

а) в верхней части колонны

 

 

б) в нижней части колонны

 

 

Коэффициент динамической вязкости смеси паров ацетона и этилового спирта:

а) в верхней части колонны при температуре 68,570С, μАп=0,2165 мПа·с, μВп=0,691 мПа·с.

 

 

б) в верхней части колонны при температуре 77,570С, μАп=0,203 мПа·с, μВп=0,592 мПа·с.

 

 

Критерий Рейнольдса для паровой фазы:

а) в верхней части колонны

 

 

б) в нижней части колонны

 

 

Коэффициент массоотдачи в паровой фазе:

а) в верхней части колонны

 

 

б) в нижней части колонны

 

 

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе


,

 

где Dж – коэффициент диффузии в жидкости, м2/с; Мж.ср – средняя мольная масса жидкости в колонне, кг/кмоль:

а) в верхней части колонны

 

 

 

б) в нижней части колонны

 

 

 - диффузионный критерий Прандля

 (III.5)

 

Коэффициент диффузии в жидкости при 200С можно вычислить по приближенной формуле

 

 (III.6)

 

где μж – динамический коэффициент вязкости жидкости, мПа·с;

МА, МВ – мольные массы компонентов А и В,кг/кмоль; νА, νВ – мольные объемы компонентов А и В, кг/кмоль; А и В – коэффициенты зависящие от свойств низкокипящего и высококипящего компонентов.

Коэффициент диффузии пара в жидкости Dt связан с коэффициентом диффузии D20 следующей приближенной зависимостью,

 

 (III.7)

 

в которой температурный коэффициент b может быть определен по эмпирической формуле

 

 (III.8)

 

где μ – динамический коэффициент вязкости жидкости при 200С, мПа·с; ρ – плотность жидкости, кг/м3.

Динамический коэффициент вязкости жидкости

 

 (III.9)

 

а) в верхней части колонны при t=67,250С

 

μА=0,2195 мПа·с

μВ =0,713 мПа·с

 

б) в нижней части колонны при t=77,75≈780С

 

μА=0,203 мПа·с

μВ =0,592 мПа·с

 

Коэффициент диффузии ацетона в жидком этиловом спирте при t=200С:

а) для верхней части колонны

 

 

б) для нижней части колонны

 

 

Температурный коэффициент принимаем равным b=0,0234.

Тогда

а) для верхней части колонны

 

 

б) для нижней части колонны

 


Критерий Прандля:

а) для верхней части колонны

 

 

б) для нижней части колонны

 

.

 

Определяем коэффициенты массоотдачи:

а) для верхней части колонны

 

 

б) для нижней части колонны

 

 

Коэффициенты массопередачи определяем по уравнению

 

 (III.10)

 

где m – тангенс угла наклона линии равновесия на рабочем участке.

Для определения угла наклона разбиваем ось х на участки и для каждого их них находим среднее значение тангенса как отношение разности (у*-у) к разности (х-х*) в том же интервале, т.е.

 

 (III.11)

 

Подставляя найденные значения коэффициентов массоотдачи βп и βж и тангенсов углов наклона линии равновесия в уравнение, находим величину коэффициента массопередачи для каждого значения х в пределах от хW до хD.

Полученные значения Ку используем для определения числа единиц переноса nу в паровой фазе

 

, (III.12)

 

где φ – отношение рабочей площади к свободному сечению колонны, примем φ=0,8.

Допуская полное перемешивание на тарелке, имеем

 

 (III.13)

 

где η – КПД тарелки.

Результаты приведенных выше расчетов, сводим в таблицу 3.


Таблица3 – Параметры, необходимые для построения кинетической кривой

x xW 0,13 0,19 xF 0,3 0,5 0,7 0,8 xD
tgα=m 1,97 1,78 1,44 1,23 1,21 0,92 0,7 0,62 0,59
Ky·10-3 4,38 4,435 4,53 4,59 4,6 4,69 4,76 4,79 4,8
ny 0,134 0,136 0,138 0,14 0,141 0,144 0,146 0,1469 0,1472
η 0,126 0,128 0,13 0,132 0,1321 0,1346 0,13638 0,1371 0,1324
AC, мм 26 20,5 7 3,5 23 49 52 46,5 43
AB, мм 3,3 2,6 0,91 0,462 3,04 6,59 7,12 6,38 5,9

 

Между кривой равновесия и линиями рабочих концентраций в соответствии с табличными значениями х проводим ряд прямых, параллельных оси ординат (рисунок 4).

Измеряем полученные отрезки А1С1, А2С2, А3С3 и т.д. и делим их в отношении η=АВ/АС, т.е. определяем величину отрезков А1В1, А2В2…….АnBn. Через найденные для каждого значения х точки В проводим кинетическую кривую, отображающую степень приближений фаз на тарелках к равновесию.

Число реальных тарелок nд находим путем построения ступенчатой линии между кинетической кривой и рабочими линиями в пределах от хD до хW.

Получаем 94 тарелок (40 в верхней части колонны, 54 – в нижней), которые и обеспечивают разделение смеси в заданных пределах изменения концентраций.

Высота тарельчатой части колонны

 

 (III.14)


Общая высота колонны

 

 (III.15)

 

где hсеп – расстояние между верхней тарелкой и крышкой колонны, (высота сепарационного пространства), принимаем 0,8м (приложение А6 [3]); hкуб – расстояние между нижней тарелкой и днищем колонны, (высота кубовой части), принимаем 2м (приложение А6 [3]).

 

 

В соответствии с рассчитанным диаметром колонны по каталогу-справочнику [1] подбираем стандартную колонну и тарелки. Принимаем к установке колонный аппарат диаметром 1000мм; колонна компонуется из однопоточных неразборных тарелок типа ТСК – I ОСТ 26-01-282-74 с капсульными стальными колпачками. Общее число колпачков на тарелке – 37. Основные параметры тарелки приведены в таблице 4.

 

Таблица 4 – Характеристика колпачковой тарелки

Диаметр колонны (внутр.) D, мм 1000
Свободное сечение колонны, м2   0,78
Длина линии барботажа, м 9,3
Периметр слива Lс, м 0,8
Площадь слива, м2 0,05
Площадь паровых патрубков, м 0,073
Относительная площадь для прохода паров, % 9
Диаметр колпачка d, мм 80
Шаг t, мм 110
Масса колпачка в кг (при h=20мм, Нt=300мм) для исполнения 1 39

 


Дефлегматор

 

В дефлегматоре конденсируется ацетон с небольшим количеством этилового спирта. Температура конденсации паров дистиллята tD=630C. Температуру воды на входе в теплообменник примем 180С, на выходе 380С.

Составляем температурную схему процесса и определяем движущую силу процесса теплопередачи:

 

63→63

38←18

 

По таблице 4.8 [2] коэффициент теплопередачи от конденсирующегося пара органических веществ к воде находится в пределах 340 – 870 Вт/м2∙К. Принимаем наименьший коэффициент теплопередачи К=340 Вт/м2∙К.

Количество тепла, отнимаемого охлаждающей водой от конденсирующегося в дефлегматоре пара

 

 

Поверхность дефлегматора находим из основного уравнения теплопередачи


 (V.2.1)

 

С запасом 15-20% принимаем по каталогу [2, таблица XXXІV] двухходовой теплообменник.

Характеристики теплообменника:

поверхность теплообмена……………………………………76м2

диаметр кожуха……………………………………………….600мм

диаметр труб…………………………………………………...25×2

длина труб………………………………………………………4,0м

число труб

общее…………………………………………………………….244

на один ход………………………………………………………122

 

Холодильник для дистиллята

В холодильнике происходит охлаждение дистиллята от температуры конденсации до 300С

 

63→30  

38←18

 

Количество тепла, отнимаемого охлаждающей водой от дистиллята в дефлегматоре

 

 (V.3.1)

 

Принимаем К=300Вт/м2∙К по таблице 4.8 [2].

Поверхность теплообмена холодильника дистиллята

 

 (V.3.2)

 

По таблице 4.12 [2] принимаем одноходовой теплообменник.

Характеристики теплообменника:

поверхность теплообмена……………………………………4,5м2

диаметр кожуха (наружный)…..…………………………….237мм

диаметр труб…………………………………………………...25×2

длина труб………………………………………………………1,5м

число труб………………………………………………………..37

 

Подогреватель

tгр.п=1000С

100→100

78,8←20

 

Принимаем К=150Вт/м2∙К по таблице 4.8 [2].

 

(V.5.1)

 

Поверхность теплообмена подогревателя исходной смеси

 

 (V.5.2)

 

По таблице 4.12 [2] принимаем двухходовой теплообменник.

Характеристики теплообменника:

поверхность теплообмена……………………………………31м2

диаметр кожуха (наружный)…..…………………………….400мм

диаметр труб…………………………………………………...25×2

длина труб………………………………………………………4,0м

число труб………………………………………………………..100


Заключение

 

В ходе проектирования была разработана ректификационная установка с требуемыми техническим заданием характеристиками.

В пояснительной записке приведены расчёты процессов, подтверждающие работоспособность проектируемого изделия.

Схемы каждого из механизмов приведены в соответствующих разделах пояснительной записки.

В графической части курсового проекта изображены: технологическая схема ректификационной установки, чертёж общего вида.


ВВЕДЕНИЕ

 

Процесс ректификации находит широкое применение во многих отраслях химической, пищевой, и нефтеперерабатывающей промышленности. Для проведения ректификационного процесса применяют колонные аппараты различного типа, отличающиеся один от другого способом контакта фаз и видом контактного устройства.

Целью расчета ректификационной установки является определение основных размеров колонны, ее гидравлического сопротивления, поверхности теплообменников, материальных потоков и затрат тепла.


НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРОЕКТИРУЕМОГО ОБЪЕКТА

 

Колонные аппараты предназначены для проведения процессов тепло- и массообмена: ректификации, дистилляции, абсорбции, десорбции. Корпуса стандартизованных колонных аппаратов изготавливаются в двух исполнениях:

Ø Корпус, собираемый из отдельных царг с фланцевыми соединениями, рассчитан на давление 1,6 МПа.

Ø Корпус цельносварной, рассчитанный на давление до 4 МПа, имеют колонные аппараты диаметром более 1000мм с интервалом изменения диаметра через 200мм. Расстояния между тарелками в зависимости от типов могут изменяться от 300 до 1000мм.

До настоящего времени не выработано обобщенных и достаточно объективных критериев выбора типа тарелки для ведения того или иного процесса. Существенную роль в этом играют сложившиеся в организациях – поставщиках традиции, опирающиеся на многолетний опыт надежной эксплуатации разрабатываемой ими массообменной аппаратуры.

Тарелки с капсульными колпачками получили наиболее широкое распространение, благодаря своей универсальности и высокой эксплуатационной надежности, они достаточно эффективны, но металлоемки и сложны в монтаже.

Тарелки, собираемые из S – образных элементов, устанавливаются преимущественно в колоннах больших диаметров. Их производительность на 20-30% выше, чем у капсульных.

Клапанные тарелки, по сравнению с колпачковыми, имеют более высокую эффективность и на 20-40% большую производительность. Они применяются для обработки жидкостей, не склонных к смолообразованию и полимеризации, во избежание прилипания клапана к тарелке.

Ситчатые тарелки имеют достаточную высокую эффективность, низкое сопротивление и малую металлоемкость. Они применяются преимущественно в колоннах для обработки чистых жидкостей при атмосферном давлении и вакууме.

Решетчатые тарелки провального типа имеют производительность в 1,5 – 2 раза большую, чем колпачковые тарелки, низкую металлоемкость. Их эффективность достаточно высока, но в узком диапазоне рабочих скоростей. Эти тарелки рекомендуется применять при больших нагрузках колонны по жидкости.


Поделиться с друзьями:

Типы сооружений для обработки осадков: Септиками называются сооружения, в которых одновременно происходят осветление сточной жидкости...

Архитектура электронного правительства: Единая архитектура – это методологический подход при создании системы управления государства, который строится...

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций...

Кормораздатчик мобильный электрифицированный: схема и процесс работы устройства...



© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!

0.244 с.