Полный расчет ректификационной колонны - Химия курсовая работа

Главная

Химия
Полный расчет ректификационной колонны

Расчет ректификационной насадочной колонны для разделения бинарной смеси: "ацетон-четыреххлористый углерод" при атмосферном давлении, с насыпной насадкой из стальных колец Рашига. Подробный и ориентировочный расчеты дефлегматора и теплообменников.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Перечень инженерных расчетов: расчет ректификационной колонны; подробный тепловой расчет дефлегматора; ориентировочный расчет теплообменников.
Перечень работ выполняемых на ЭВМ: расчет дефлегматора.
Состав и объем графической части: технологическая схема; общий вид дефлегматора.
Основные данные: расход исходной смеси 6.5 кг/с; концентрации (мольные доли) , ; продукты разделения охладить до 25ъС.
Для получения продуктов сложного состава, разделения изотопов, выделения индивидуальных веществ широкое применение в промышленности получила ректификация. Этот процесс основан на различной летучести составляющих смесь компонентов, т.е. на различных температурах кипения компонентов при одинаковом давлении. Ректификация заключается в многократном частичном испарении жидкости и конденсации паров. Процесс осуществляется путем контакта потоков пара и жидкости, имеющих различную температуру, и проводится обычно в колонных аппаратах, состоящих из собственно колонны, где осуществляется противоточное контактирование пара и жидкости, и устройств, в которых происходит испарение жидкости и конденсация пара -- куба и дефлегматора.
По конструкции ректификационные колонны подразделяются на насадочные, тарельчатые и роторные. Основным типом колонных аппаратов большой производительности считаются ректификационные колонны с барботажными тарелками, а при необходимости самого малого перепада давления на одну теоретическую ступень разделения или при работе в коррозионной среде - колонны с насадкой.
По способу проведения ректификацию разделяют на периодическую и непрерывную.
При непрерывной - разделяемая смесь непрерывно подается в среднюю часть колонны, дистиллят отбирается из дефлегматора, а обедненный легколетучим компонентом остаток отводится из куба колонны, флегма поступает на орошение в верхнюю часть колонны.
При периодической ректификации в нижнюю часть (куб) колонны, снабженной нагревательным устройством, загружают исходную смесь; образующийся пар поднимается верх и конденсируется в дефлегматоре (холодильнике), часть конденсата (флегмы) возвращается на орошение в верхнюю часть колонны, а оставшаяся жидкость отбирается.
Насадочные колонны получили широкое распространение в химической промышленности благодаря простоте их устройства, дешевизне изготовления и малому гидравлическому сопротивлению при пленочном режиме работы. В насадочных массообменных аппаратах жидкость тонкой пленкой покрывает насадку и стекает по ней, при этом поверхность контакта с газообразной фазой определяется поверхностью насадки, свойствами жидкости и гидродинамическим режимом.
Недостатком работы насадочной колонны является неравномерность распределения пара и жидкости по поперечному сечению, что приводит к - неодинаковой эффективности различных ее частей и низкой эффективности работы всей колонны в целом. Значительное увеличение эффективности аппарата достигается применением насадки, частично погруженной в жидкость: газ при этом в виде пузырьков барботируется через слой жидкости.
В отдельных случаях применяют подвижные насадки, которые приводят в колебательное движение восходящим потоком газа, при этом допускаются высокие скорости движения фаз, а поверхность межфазного контакта превышает поверхность насадочных элементов. Эффективность тепло- и массообмена в значительной мере зависит от равномерности распределения жидкости в объеме насадки. Эта задача решается применением специальных оросителей, распределяющих жидкость по верхнему сечению насадки, и использованием материалов (металлических сеток, армированной стеклоткани), обеспечивающих растекание жидкости по поверхности насадки под действием капиллярных сил.
Насадки загружают в аппараты навалом на опорные решетки (нерегулярные насадки), укладывают в определенном порядке или монтируют в жесткую структуру (регулярные насадки). Изготавливают насадки из дерева, металла, стекла, керамики, пластмасс. Элементы нерегулярных насадок выполняют в виде колец, спиралей, роликов, шаров, седел и т.д. Наиболее распространены кольца Рашига, размеры которых обычно составляют 50 мм. Для повышения смачиваемости насадки и пропускной способности аппарата стенки колец иногда снабжают продольными или поперечными канавками или прорезями.
Для отвода жидкости из насадочной колонны применяют две схемы: в первой схеме (обычные насадочные колонны) жидкость стекает по насадке и отводится из нижней части колонны; во второй схеме (эмульгационные колонны) жидкость отводится через переливную трубу.
В данном курсовом проекте производится расчет обычной ректификационной насадочной колонны для разделения бинарной смеси - «ацетон - четыреххлористый углерод» при атмосферном давлении, с насыпной насадкой из стальных колец Рашига.
Исходная смесь подаётся в теплообменник центробежным насосом из ёмкости, где она подогревается до температуры кипения. Затем нагретая смесь поступает на разделение в середину ректификационной колонны на тарелку питания, где состав жидкости равен составу исходной смеси.
Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка, т.е. обеднен легколетучим компонентом. В результате массообмена с жидкостью пар обогащается легколетучим компонентом. Для более полного обогащения верхнюю часть колонны орошают, в соответствии с заданным флегмовым числом, жидкостью (флегмой), получаемой в дефлегматоре путём конденсации пара, выходящего из колонны. Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения - дистиллята, который охлаждается в теплообменнике и направляется в промежуточную ёмкость.
Из кубовой части колонны насосом непрерывно выводится кубовая жидкость - продукт, обогащённый труднолетучим компонентом, который охлаждается в теплообменнике и направляется в ёмкость.
Таким образом, в ректификационной колонне осуществляется непрерывный процесс разделения исходной бинарной смеси на дистиллят (с высоким содержанием легколетучего компонента) и кубовый остаток (обогащённый труднолетучим компонентом).
Для технологических расчетов установки необходимо знать свойства веществ при определённых температурах. Основными диаграммами для определения этих свойств являются диаграммы: состав пара - состав жидкости, и зависимость температуры кипения от состава. В приложение 1 приведены диаграммы указанных свойств бинарной системы ацетон- четыреххлористый углерод.
x - мольная доля легколетучего компонента в жидкой фазе;
y - мольная доля легколетучего компонента в паровой фазе;
Зная производительность колонны по дистилляту и необходимые концентрации, определим недостающие данные, т. е. производительность по кубовому остатку и питание исходной смеси (G W и G D ), на основании уравнений материального баланса.
где - массовая доля легколетучего компонента в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке соответственно.
массовый расход исходной смеси, дистилляте и
где M 1 - молекулярная масса легколетучего компонента; M 2 - молекулярная масса второго компонента;
x F , x D , x W - мольная доля легколетучего компонента в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке соответственно.
Где 1-ацетон, 2-четыреххлористый углерод.
Решив систему материального баланса, получим:
Нагрузка ректификационной колонны по пару и жидкости определяется рабочим флегмовым числом. Для его расчета используют приближенные вычисления по формуле:
где R min - минимальное флегмовое число.
где - мольные доли легколетучего компонента в жидкости, а - концентрация легколетучего компонента в паре, находящаяся в равновесии с жидкостью (питанием исходной смеси).
По диаграмме «Равновесное состояние жидкости и пара» (приложение1) находим при соответствующем значении , таким образом
Также для расчета флегмового числа используем графический метод:
рассчитав число теоретических ступеней контакта (теоретических тарелок)
R=1.5, y=32, n=15.2, n(R+1) =15.2(1.5+1) =38
R=2, y=26.67, n=11.4, n(R+1) =11.4(2+1) =34.2
R=2.5, y=22.86, n=9, n(R+1) =9(2.5+1) =31.5
R=3, y =20, n=8, n(R+1) =8(3+1) =32
R=4, y=16, n=7.33, n(R+1) =7.33(4+1) =36.65
R=5, y=13.33, n=6.43, n(R+1) =6.43(5+1) =38.58
В данном курсовом проекте используем , найденное графическим методом (приложение 3).
2.1.3 Расчет расходов пара и жидкости в верхней и нижней части колонны.
а) для верхней (укрепляющей) части колонны:
б) для нижней (исчерпывающей) части колонны:
где F - относительный мольный расход питания.
Определяем температуры для нижней и верхней части колонны для жидкости и пара из диаграммы «Зависимость температуры от равновесных составов пара и жидкости» (приложение1):
Расход пара в нижней и верхней части колонны определяется по формуле:
где p 0 =760 мм рт. ст. - атмосферное давление,
T 0 =273 K- абсолютная температура.
Молярную массу паровой смеси в нижней и верхней части колоны находим по формуле:
Массовые расходы паров в нижней и верхней части колоны находим по формуле:
Определим плотности пара в верхней и нижней части колонны по формуле:
Определим вязкость пара в верхней и нижней части колонны для ацетона (1) и четыреххлористого углерода (2):
где табличные данные: Па . с, Па . с,
С 1 =651,С 2 =384- константы уравнения.
Определим вязкость смеси пара в нижней и верхней части колонны по формуле:
Определим плотности жидкости по формуле:
где плотности ацетона, четыреххлористого углерода соответственно.
Определим вязкость смеси жидкости для нижней и верхней части колонны по формуле:
где вязкости ацетона, четыреххлористого углерода соответственно.
Поверхностное натяжение смеси жидкостей в верхней и нижней части колонны определим по формуле:
где поверхностное натяжение ацетона, четыреххлористого углерода соответственно.
Находим мольные и массовые расходы жидкости в нижней и верхней части колонны:
2.1.4 Расчет теплового баланса установки
Тепловой баланс ректификационной колонны выражается общим уравнением:
где Q K - тепловая нагрузка куба; Q D -количество теплоты, передаваемой от пара к воде; Q пот - тепловые потери (5%); -теплоёмкости соответствующие дистилляту, кубовому остатку и исходной смеси; - температуры соответствующие дистилляту, кубовому остатку и исходной смеси(находим из диаграммы «Зависимость температуры от равновесных составов пара и жидкости» приложение 1):
Найдем удельную теплоту конденсации паров дистиллята по аддитивной формуле:
где - теплоты испарения ацетона и четыреххлористого углерода при температуре дистиллята , .
где исходные данные: A 1 =72.18; t 1кр =235.1; A 2 =25.64; t 2кр =283.4
Определим тепловую нагрузку дефлегматора по формуле:
Для ацетона(1): c 0 =2.11кДж/(кгК); с 1 =0.0028 кДж/(кгК);
Для четыреххлористого углерода (2): c 0 =0.85кДж/(кгК); с 1 =0.00037 кДж/(кгК);
2.2 Гидравлический расчет насадочной колонны аппарата
бор рабочей скорости паров обусловлен многими факторами и обычно осуществляется путем технико-экономического расчета для каждого конкретного процесса. Для ректификационных колонн, работающих в пленочном режиме при атмосферном давление, рабочую скорость можно принять на 20% ниже скорости захлёбывания:
где - скорость захлебывания пара, м/с; - удельная поверхность насадки, м 2 /м 3 ; V св - свободный объём насадки, м 3 /м 3 ; м ж - динамический коэффициент вязкости жидкости, мПа•с; и - массовые расходы жидкой и паровой фаз, кг/с; и - плотность пара и жидкости соответственно, кг/м 3 .
Выбираем в качестве насадки - стальные кольца Рашига:
Тогда рабочая скорость в верхней и нижней части колонны равна:
По рабочей скорости определяем диаметр колонны:
где объемный расход пара при рабочих условиях в колонне, м 3 /с.
Выбираем стандартный аппарат с диаметром 2.2 м, с кольцами Рашига диаметром 25мм и уточняем рабочую скорость по формуле:
Плотность орошения для верхней и нижней части колонны определяют по формуле:
где U - плотность орошения, м 3 /(м 2. с);
- объемный расход жидкости, м 3 /с;
S - площадь поперечного сечения колонны, м 2 .
так как плотность орошения меньше допустимых значений, то необходимо выбрать кольца Рашига с меньшим диаметром.
Тогда рабочая скорость в верхней и нижней части колонны равна:
По рабочей скорости определяем диаметр колонны:
где объемный расход пара при рабочих условиях в колонне, м 3 /с.
Выбираем стандартный аппарат с диаметром 2 м, с кольцами Рашига диаметром 50мм и уточняем рабочую скорость по формуле:
Плотность орошения для верхней и нижней части колонны определяют по формуле:
где U - плотность орошения, м 3 /(м 2. с);
- объемный расход жидкости, м 3 /с;
S - площадь поперечного сечения колонны, м 2 .
Так как плотность орошения удовлетворяет допустимым значениям, то в дальнейших расчетах используем кольца Рашига диаметром 50 мм.
Активную поверхность насадки находят по формуле:
где U - плотность орошения, м 3 /(м 2. с);
- удельная поверхность насадки, м 2 /м 3 ;
p, q - постоянные, зависящие от типа и размера насадки.
Для выбранных колец Рашига с диаметром 50 мм:
Определим активную поверхность насадки в нижней и верхней части колонны:
Одной из важных характеристик аппарата является гидравлическое сопротивление насадки, который зависит от режима движения пара (газа). Для расчета необходимо определить число Рейнольдса:
Определяем значения числа Рейнольдса для нижней и верхней части колонны:
Определяем коэффициент сопротивления для верхней и нижней части колонны:
Определяем гидравлическое сопротивление для верхней и нижней части колонны:
где b- коэффициент, для колец Рашига 50 мм: b= 47 . 10 -3 .
Определим коэффициент диффузии газа для нижней и верней части колонны по формуле:
где T - температура газа, К; p- давления газа, кгс/см 2 ; M A ,M B - мольные массы газов A и B;
v A ,v B - мольный объемы газов А и В, определяемые, как сумма атомных объемов элементов, входящих в состав газа.
Пусть А - ацетон (М А =58 кг/кмоль);
В- четыреххлористый углерод (М В =154кг/кмоль).
Определим коэффициент диффузии в разбавленных растворах для верхней и нижней части колонны:
где М - мольная масса растворителя;
v- мольный объем диффундирующего вещества;
- динамический коэффициент вязкости растворителя, мПа . с;
- параметр, учитывающий ассоциацию молекул растворителя ( А = В =1).
Пусть А растворяется в В (В- растворитель):
Пусть В растворяется в А (А- растворитель):
Определим коэффициент диффузии смеси жидкостей для верхней и нижней части колонны по формуле:
По диаграмме «Равновесное состояние жидкости и пара» определяем коэффициенты распределения нижней и верхней частей колонны:
Через x н , x в определяем углы б и в соответственно (приложение 2).
Определяем число единиц переноса графическим методом интегрирования для нижней и верхней части колонны:
По данным таблицы строим график зависимости и определяем площадь под графиком с помощью метода трапеций для нижней и верхней части колонны, равную числу единиц переноса (приложение 4):
Определим высоту единиц переноса с помощью сведущих формул:
а) критерий Рейнольдса для пара и жидкости в верхней и нижней части колонны:
б) критерий Прандтля для пара и жидкости в верхней и нижней части колонны:
в) приведенная толщина жидкой пленки для верхней и нижней части колонны:
г) высота единиц переноса в газовой фазе для верхней и нижней части колонны:
д) высота единиц переноса в жидкой фазе для верхней и нижней части колонны:
Тогда высота единиц переноса равна:
Определим высоту слоя насадки по формуле:
Тогда общую высоту аппарата определим по формуле:
2.4 Ориентировочный расчет теплообменников
Произведем ориентировочные расчеты пяти теплообменников: куба-испарителя, подогревателя, дефлегматора и двух холодильников (дистиллята и кубового остатка).
Исходные данные: Q k =3924.32кВт, t w =71 ъ C
p гп =1.0728кгс/см 2 , r гп =2257.6 кДж/кг
пусть коэффициент теплопередачи К ор =800Вт/(м 2. К)
Определим поверхность теплообмена по формуле:
По ориентировочной поверхности теплообмена выбираем стандартный куб-испаритель с внутренним диаметром кожуха D=1000 мм, числом труб n=747, с поверхностью теплообмена F=176 м 2 и длиной труб l=3м.
Исходные данные: кг/с, x F =0.48, t F =58.4 ъ C, t нач =20 ъ C, .
Определим количество теплоты в подогревателе:
Исходя из сделанных расчетов можем выбрать стандартный четырехходовой подогреватель с внутренним диаметром кожуха D=600 мм, числом труб n=334, длиной труб l=3м, проходным сечением одного хода S т =1.6 . 10 -2 м и числом рядов труб n р =18.
Определим расход греющего пара по формуле:
Исходные данные: Q D =3703,486 кВт, t D =56 ъ C, t внач =15 ъ C, t вкон =40 ъ C
Определим теплофизические свойства воды при t ср =29.32 ъ C:
Исходя из сделанных расчетов выбираем: стандартный четырехходовой дефлегматор 20 x 2 с внутренним диаметром кожуха D=1000 мм, числом труб n=1072, длиной труб l=4м, проходным сечением одного хода S т =5.1 . 10 -2 м, числом рядов труб n р =34 и стандартный шестиходовой дефлегматор 25 x 2 с внутренним диаметром кожуха D=1200 мм, числом труб n=958, длиной труб l=4м, проходным сечением одного хода S т =5.2 . 10 -2 м, числом рядов труб n р =32.
Исходные данные: кг/с, t D =56 ъ C, t вкон =25 ъ C, t внач =15 ъ C, t 1кон =25 ъ C.
Определим теплофизические свойства воды при t срв =20 ъ C:
t 1с р =t вср+ Дt ср =20+15.03=35.03 ъ C
Определим теплоемкость дистиллята при t 1ср :
Определим вязкость смеси при t 1ср =35.03 ъ C
Исходя из сделанных расчетов можем выбрать стандартный четырехходовой холодильник c 25 x 2 внутренним диаметром кожуха D=600 мм, числом труб n=206, длиной труб l=2м,с расстоянием между перегородками в межтрубном пространстве h=300мм, проходным сечением одного хода S т =1.8 . 10 -2 м и числом рядов труб n р =14.
2.4.5 Холодильник кубового остатка.
Исходные данные: кг/с, t w =56 ъ C, t вкон =25 ъ C, t внач =15 ъ C, t 1кон =25 ъ C.
Определим теплофизические свойства воды при t срв =20 ъ C:
t 1ср =t вср+ Дt ср =20+19.24=39.24 ъ C
Определим теплоемкость дистиллята при t 1ср :
Определим вязкость смеси при t 1ср =39.24 ъ C
Исходя из сделанных расчетов можем выбрать стандартный двухходовой холодильник 20 x 2 c внутренним диаметром кожуха D=400 мм, числом труб n=166, длиной труб l=3м, с расстоянием между перегородками в межтрубном пространстве h=250мм, проходным сечением одного хода S т =1.7 . 10 -2 м и числом рядов труб n р =14.
В данном разделе подробно рассчитаем один из теплообменников - дефлегматор, выбранный в ориентировочном расчете.
Дефлегматор-аппарат, предназначенный для конденсации паров и подачи флегмы в колонну, представляет собой кожухотрубчатый теплообменник, в межтрубном пространстве, которого обычно конденсируется пары, а в трубах движется охлаждающий агент - вода.
В качестве хладагента используем воду среднего качества со средним значением тепловой проводимости загрязнений стенок , а тепловая проводимость загрязнений стенок органическими парами .
Толщину слоя загрязнения примем равной 2мм. В качестве материала труб выберем нержавеющую сталь с коэффициентом теплопроводности .
Тогда термическое сопротивление загрязнений труб
Исходные данные: , t D =56 ъ C, t 2ср =29.32 ъ C, , дефлегматор с внутренним диаметром кожуха D=1000 мм, числом труб n=1072, длиной труб l=4м, проходным сечением одного хода S т =5.1 . 10 -2 м и числом рядов труб n р =34, в среднем по 31-32 трубе в ряду.
1. Задаемся температурой стенки ъ C
t пл =(t кон +t ст1 )/2=(56+45)/2=50.5 ъ C
Далее необходимо определить поверхностные плотности теплового потока и сопоставить их, если разница между ними будет меньше 5 %, то можно считать, что процесс установившийся и температура стенки подобранна правильно.
где - коэффициенты теплоотдачи от стенки 1 и 2;
где =0,55- множитель, учитывающий влияние числа труб по вертикали;
теплопроводность смеси, Вт/(м . К);
- скорость свободного падения, м/с;
Коэффициент может быть существенным для вязких конденсатов, а для воды в первом приближении его не учитывают.
Определим теплопроводность, плотность, вязкость при определяющей температуре t=50.5 ъ C и теплоту конденсации при температуре конденсации:
где - теплоты испарения ацетона и четыреххлористого углерода,.
где исходные данные: A 1 =72.18; t 1кр =235.1; A 2 =25.64; t 2кр =283.4
Тогда поверхностная плотность теплового потока первой стенки определим по формуле:
Определим температуру второй стенки по формуле:
Определим коэффициент теплопроводности для воды при t=29.32 ъ C с помощью интерполяции справочных данных:
Аналогично определим коэффициент теплопроводности для воды при t=34.23 ъ C:
Определим вязкость жидкости для воды при t=29.32 ъ C с помощью интерполяции справочных данных:
Аналогично определим вязкость воды при t=34.23 ъ C:
Определим теплоемкость воды t=29.32 ъ C с помощью интерполяции справочных данных:
Аналогично определим теплоемкость воды при t=34.23 ъ C:
Определим критерий Рейнольдса по формуле:
Определим критерий Прандтля для потока и стенки при температурах t ср =29.32ъС, t ст =34.23ъС:
Определим критерий Нуссельта по формуле:
Зная критерий Нуссельта, определим коэффициент теплоотдачи второй стенки по формуле:
Тогда поверхностная плотность теплового потока первой стенки определим по формуле:
Сопоставим q 1 и q 2 , т разность выразим в процентах:
Выбранная температура стенки наугад не подходит.
2. Выбираем новую температуру стенки t ст1 =44ъС и проводим расчеты аналогично расчетам при температуре стенки ъ C
t пл =(t кон +t ст1 )/2=(56+44)/2=50 ъ C
Необходимо определить поверхностные плотности теплового потока и сопоставить их, если разница между ними будет меньше 5 %, то можно считать, что процесс установившийся и температура стенки подобранна правильно.
где - коэффициенты теплоотдачи от стенки 1 и 2;
где =0,55- множитель, учитывающий влияние числа труб по вертикали;
теплопроводность смеси, Вт/(м . К);
- скорость свободного падения, м/с;
Коэффициент может быть существенным для вязких конденсатов, а для воды его не учитывают.
Определим теплопроводность, плотность, вязкость при определяющей температуре t=50 ъ C и теплоту конденсации при температуре конденсации:
где - теплоты испарения ацетона и четыреххлористого углерода,.
где исходные данные: A 1 =72.18; t 1кр =235.1; A 2 =25.64; t 2кр =283.4
Тогда поверхностная плотность теплового потока первой стенки определим по формуле:
Определим температуру второй стенки по формуле:
Определим коэффициент теплопроводности для воды при t=29.32 ъ C с помощью интерполяции справочных данных:
Аналогично определим коэффициент теплопроводности для воды при t=32.5 ъ C:
Определим вязкость жидкости для воды при t=29.32 ъ C с помощью интерполяции справочных данных:
Аналогично определим вязкость воды при t=32.5 ъ C:
Определим теплоемкость воды t=29.32 ъ C с помощью интерполяции справочных данных:
Аналогично определим теплоемкость воды при t=32.5 ъ C:
Определим критерий Рейнольдса по формуле:
Определим критерий Прандтля для потока и стенки при температурах t ср =29.32ъС, t ст =32.5ъС:
Определим критерий Нуссельта по формуле:
Зная критерий Нуссельта, определим коэффициент теплоотдачи второй стенки по формуле:
Тогда поверхностная плотность теплового потока первой стенки определим по формуле:
Сопоставим q 1 и q 2 , т разность выразим в процентах:
Выбранная температура стенки наугад не подходит.
3. Используя графический метод, определяем температуру стенки в третьем приближение-
ъ C (графическое решение приведено в приложение 5).
Проводим расчеты аналогичные расчетам, выполненным в пункте 2.
t пл =(t кон +t ст1 )/2=(56+44.8)/2=50.4 ъ C
Необходимо определить поверхностные плотности теплового потока и сопоставить их, если разница между ними будет меньше 5 %, то можно считать, что процесс установившийся и температура стенки подобранна правильно.
где - коэффициенты теплоотдачи от стенки 1 и 2;
где =0,55- множитель, учитывающий влияние числа труб по вертикали;
теплопроводность смеси, Вт/(м . К);
- скорость свободного падения, м/с;
Коэффициент может быть существенным для вязких конденсатов, а для воды его не учитывают.
Определим теплопроводность, плотность, вязкость при определяющей температуре t=50 ъ C и теплоту конденсации при температуре конденсации:
где - теплоты испарения ацетона и четыреххлористого углерода,.
где исходные данные: A 1 =72.18; t 1кр =235.1; A 2 =25.64; t 2кр =283.4
Тогда поверхностная плотность теплового потока первой стенки определим по формуле:
Определим температуру второй стенки по формуле:
Определим коэффициент теплопроводности для воды при t=29.32 ъ C с помощью интерполяции справочных данных:
Аналогично определим коэффициент теплопроводности для воды при t=33.89 ъ C:
Определим вязкость жидкости для воды при t=29.32 ъ C с помощью интерполяции справочных данных:
Аналогично определим вязкость воды при t=33.89 ъ C:
Определим теплоемкость воды t=29.32 ъ C с помощью интерполяции справочных данных:
Аналогично определим теплоемкость воды при t=33.89 ъ C:
Определим критерий Рейнольдса по формуле:
Определим критерий Прандтля для потока и стенки при температурах t ср =29.32ъС, t ст =32.5ъС:
Определим критерий Нуссельта по формуле:
Зная критерий Нуссельта, определим коэффициент теплоотдачи второй стенки по формуле:
Тогда поверхностная плотность теплового потока первой стенки определим по формуле:
Сопоставим q 1 и q 2 , т разность выразим в процентах:
Температура стенки подобрана верно.
Определим коэффициент теплоотдачи по формуле:
Зная коэффициент теплоотдачи, определим поверхность теплообмена по формуле:
Таким образом, рассчитанное значение коэффициента теплоотдачи больше выбранного нами коэффициента теплоотдачи в ориентировочном расчете дефлегматора, а поверхность теплообмена меньше, чем ориентировочная поверхность теплообмена дефлегматора. Значение поверхности теплообмена стандартного дефлегматора F=269 м 2 , следовательно дефлегматор выбран с запасом поверхности теплообмена 13%.
В данной курсовой работе мы произвели расчет ректификационной колонны для разделения смеси: ацетон-четыреххлористого углерода при атмосферном давлении. В качестве ректификационной колонны используется аппарат насадочного типа с кольцами Рашига 50мм, обеспечивающий перекрестное движение пара и жидкости, высотой H=6.43м и диаметром D=2м.
Был произведен ориентировочный расчет пяти теплообменников: дефлегматора, подогревателя, куба испарителя и двух холодильников (дистиллята и кубового остатка); в результате чего были выбраны:
- стандартные куб испаритель с трубами 25 x 2мм, исполнения 2 по ГОСТ 15119-79 с внутренним диаметром кожуха D=1м, числом труб n=747, длиной труб l=3м и поверхностью теплообмена F=176 м 2 ;
- четырехходовой подогреватель по ГОСТ 15121-79 с внутренним диаметром кожуха D=0.6м, числом труб n=334, числом рядов труб n p =18, длиной труб l=3м, с проходным сечением одного хода S т =0.016м 2 , поверхностью теплообмена F=63 м 2 ;
- двухходовой холодильник кубового остатка с трубами 20 x 2мм по ГОСТ 15122-79 с внутренним диаметром кожуха D=0.4м, с числом труб n=166, длиной труб l=3м, числом рядов труб n p =14, с расстоянием между перегородками в межтрубном пространстве h=0.25м, поверхностью теплообмена F=31м 2 ;
- четырехходовой холодильник дистиллята с трубами 25 x 2мм по ГОСТ 15122-79 с внутренним диаметром кожуха D=0.6м, с числом труб n=206, длиной труб l=2м, числом рядов труб n p =14, с расстоянием между перегородками в межтрубном пространстве h=0.3м, поверхностью теплообмена F=32м 2 ;
- четырехходовой дефлегматор с трубами 20 x 2мм по ГОСТ 15121-79 с внутренним диаметром кожуха D=1м, числом труб n=1072, длиной труб l=4м, поверхностью теплообмена F=269м 2 , с числом рядов n p =34 и проходным сечением одного хода S тр =0.051м;
- шестиходовой дефлегматор с трубами 25 x 2мм по ГОСТ 15121-79 с внутренним диаметром кожуха D=1.2м 2 , числом труб n=958, длиной труб l=4м, поверхностью теплообмена F=301м 2 , с числом рядов n p =32 и проходным сечением одного хода S тр =0.052м.
Подробно рассчитаны два дефлегматора: четырехходовой - вручную, шестиходовой - с помощью ЭВМ (приложение 6).
Выбор дефлегматора зависит от конкретных критериев. В случае необходимости получения более высокой скорости протекания процесса необходимо использовать шестиходовой дефлегматор, так как скорость возрастает в число раз равное числу ходов, а в случае, когда в качестве основного критерия применяется минимизация затрат - четырехходовой.
Для изготовления аппарата выбрана нержавеющая сталь марки 12Х18Н10Т по ГОСТ 5949-75 с коэффициентом теплопроводности .
1. Основные процессы и аппараты химической технологии /Пособие по проектированию/, Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Под. ред. Ю.И. Дытнерского, 2-ое изд. перераб. и дополнен. М: Химия, 1991 - 496 с.
2. Справочник химика том V, под ред П.Г.Романкова, 2-ое изд. перераб. и дополнен.Л Химия, 1968-975с.
3. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии /Учебное пособие/, К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков, 9-ое изд. перераб. и дополнен. Л. Химия,1987-575с.
4. Курсовое проектирование по процессам и аппаратам химической технологии. Краткие справочные данные /Метод указания/. ЛТИ им. Ленсовета - Л.: 1989, 40 с.
Основы процесса ректификации и расчета ректификационных колонн. Схема работы и виды колпачковых тарелок. Принципиальная схема процесса ректификации. Тепловой расчёт установки. Расчет тарельчатой ректификационной колонны. Подробный расчет дефлегматора. курсовая работа [3,1 M], добавлен 20.08.2011
Ректификация — массообменный процесс разделения однородной смеси летучих компонентов. Свойства бинарной смеси. Расчет ректификационной колонны непрерывного действия для разделения бинарной смеси. Основная характеристика материального и теплового баланса. курсовая работа [723,0 K], добавлен 02.05.2011
Построение изобарных температурных кривых, изобары, комбинированной энтальпийной диаграммы. Расчет однократного испарения бинарной смеси. Материальный баланс ректификационной колонны. Расчет режима полного орошения. Построение профиля температур. курсовая работа [70,0 K], добавлен 06.12.2014
Общая характеристика установки ректификационной тарельчатой колонны с колпачковыми тарелками для
Полный расчет ректификационной колонны курсовая работа. Химия.
Сочинение По Русскому Языку Егэ Симонов
Курсовая работа: Проблема возникновения жизни на земле
Отрывки Из Произведений Для Итогового Сочинения
Реферат: Исполнительная власть понятие и место в системе разделения властей. Функции исполнительной влас
Экология Биоресурсы И Свободное Время Эссе
Крылатые Латинские Выражения Реферат
Структура Описания Формулы Изобретения И Реферата
Дипломная работа по теме Международные и российские системы сертификации услуг гостиниц и других средств размещения
Реферат: Путеводитель по Туле
Реферат: The Importance Of Sound Essay Research Paper
Реферат: Анализ экономического положения Болгарии. Скачать бесплатно и без регистрации
Реферат по теме 'Табель о рангах': общая характеристика
Реферат: Духовно-нравственное воспитание в общеобразовательной школе
Реферат: To Kill A Mockingbird 35 Essay Research
Курсовая работа по теме Организация работы с родителями детей с ДЦП
Реферат: на тему: броненосцы типа «бородино»
Реферат по теме Выбор рациональных способов обезвреживания и захоронения неутилизируемых промышленных отходов
Курсовая Работа На Тему Краткое Описание Устройства И Ремонта Коробки Передач Автомобиля Газ 3110
Курсовая работа по теме Доказательство туристической привлекательности США. Мировые туристические центры США
Влияние Вибрации На Организм Человека Реферат
Идеология уголовного процесса в демократическом государстве. Права человека - Государство и право контрольная работа
Экономическая география и регионалистика - География и экономическая география контрольная работа
Психология и религия - Психология реферат