Проектирование и автоматизированный расчёт ректификационной колонны непрерывного действия для разделения бинарной смеси ацетон – этан

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 24 Сентября 2013 в 18:05, дипломная работа

Краткое описание

В ряде производств химической, нефтяной, пищевой и других отраслей промышленности в результате различных технологических процессов получают смеси жидкостей, которые необходимо разделять на компоненты.
Для разделения смесей жидкостей и сжиженных газов в промышленности применяют следующие способы: простую перегонку, перегонку с водяным паром, перегонку с инертным газом молекулярную перегонку и ректификацию.

Содержание

Введение ............................................................................................................5
1 Аналитический обзор ....................................................................................6
2 Технологическая часть ................................................................................14
3 Инженерная часть ……………………………………………….………...16
3.1 Расчёт ректификационной колонны …………………………………16
3.2 Расчёт и подбор теплообменной аппаратуры .....................................44
3.3 Выбор трубопрово-да…………………..................................................71
Заключение .....................................................................................................78
Список использованных источников

Вложенные файлы: 1 файл

мой диплом на норму.doc

— 2.70 Мб (Скачать файл)

Средняя удельная теплоёмкость этанола при 83,79 оС Дж/(кг∙К).


Средняя удельная теплоёмкость питающей смеси по формуле (3.81) равна

 

.

 

Коэффициент динамической вязкости ацетона при 83,79 оС Па∙с.

Коэффициент динамической вязкости этанола при 83,79 оС Па∙с.

 

Динамический коэффициент вязкости питающей смеси по формуле (3.28) равен


.

 

Коэффициент теплопроводности питающей смеси по формуле (3.92) равнен

 

.

 

Критерий Прандтля стенки по формуле (3.101) равен

 

.

 

Таким образом 

 

.

 

Расхождение 2 %, что допустимо, поэтому принятую величину принимаем.

Расчётная площадь поверхности  теплообмена вычисляется по формуле

 

,                                              (3.102)

.

 

Коэффициент теплоотдачи  намного больше коэффициента теплоотдачи , поэтому расчётным диаметром при определении поверхности труб следует принять мм.

Площадь поверхности теплообмена  выбранного теплообменника с длиной труб вычисляется по формуле

 

,                                          (3.103)

.

 

Запас площади поверхности теплообмена  определяется по формуле


,                                      (3.104)

.

 

Запас площади поверхности теплообмена достаточен.

Принимаем один двухходовой теплообменник  с внутренним диаметром кожуха 325 мм, числом труб 28/56 и длинной труб L = 4 м. Так как 0С (tk-t)max принимаем теплообменник с линзовым компенсатором типа ТK [3].

Скорость жидкости в трубах:

 

,                                         (3.105)

.

 

 

Определим коэффициент трения в трубах при Re >2300

 

,                       (3.106)

 

e = ∆/d – относительная шероховатость труб, ∆ - высота выступов шероховатостей = 0,002 м3.

e = 0,002/0,021 = 0,00952

 

.


 

Скорость жидкости в штуцерах:

 

,                                          (3.107)

.

 

Гидравлическое сопротивление  в трубном пространстве:

 

,             (3.108)

 

.

 

 

 

3.2.2 Дефлегматор-конденсатор

 

Рассчитаем теплообменный аппарат  для конденсации паров дистиллята. Охлаждение производится водой. Для  расчёта выберем кожухотрубчатый  теплообменник. Направим конденсируемые пары в межтрубное пространство, а охлаждающую воду в трубное пространство теплообменника.

Температуру конденсации паров  дистиллята определим по диаграмме из рисунка Д.1 при . Температура охлаждающей воды, поступающей в дефлегматор-конденсатор . Температуру воды, выходящей из теплообменника, примем .

Температурная схема процесса:

 

58,6

58,6

               20

40             

 

     

Средняя разность температур по формуле (3.79) равна


=

 

Средняя температура охлаждающей  воды

 

,

.

 

 

 

Зададимся минимальным и максимальным значениями коэффициента теплопередачи  для случая передачи теплоты от конденсирующегося  пара органических жидкостей к воде при свободном движении и [1].

Максимальная площадь поверхности теплообмена по формуле (3.87) равна

 

.

 

Минимальная площадь поверхности  теплообмена определится по формуле


,                                    (3.109)

.

 

Средняя удельная теплоёмкость воды при температуре Дж/(кг∙К) [3].

Расход охлаждающей воды определяется по формуле

 

,                                   (3.110)

    

.

 

 

 

 

Минимальное сечение трубного пространства на один ход определяется по формуле

,                                     (3.111)


где ;

- динамический коэффициент вязкости воды при средней температуре воды.

Динамический коэффициент  вязкости воды при  оС Па∙с [3].

Минимальное сечение трубного пространства на один ход по формуле (3.111) равно

 

.

 

Максимальное сечение трубного пространства на один ход определяется по формуле

 

,                                     (3.112)

 

где .

Максимальное сечение трубного пространства на один ход по формуле (3.112) равно

 

.

 

 

Выбираем двухходовой кожухотрубчатый теплообменник с диаметром кожуха 600 мм, проходным сечением трубного пространства 0,042 м2 , диаметром труб 25х2 мм, числом труб 240, поверхностью теплообмена 113 м2, длиной труб 6 м [1].

 

3.2.3 Холодильник дистиллята

 

Рассчитаем теплообменный  аппарат для охлаждения дистиллята. Охлаждение производится водой. Для расчета выберем кожухотрубчатый теплообменник. Направим охлаждаемую смесь в межтрубное пространство, а охлаждающую воду в трубное пространство теплообменника. Примем для межтрубного пространства индекс «1», а для трубного  – «2».


Данные  взяты из п. 3.1.6 . Средняя температура  дистиллята 0С, средняя температура охлаждающей воды t2=30 0С, =10,358 0С. Массовый расход смеси G1=Gp=1,128 кг/с, объемный расход охлаждающей воды V2=0,00107 м3/с, расход теплоты Qp=88690 Вт.

Зададимся минимальным и максимальным значениями коэффициента теплопередачи  для случая передачи теплоты от углеводородов  при свободном движении и   [1].

Максимальная площадь поверхности теплообмена по формуле (3.87) равна

 

.

 

Минимальная площадь поверхности теплообмена по формуле (3.109) равна

.

Вязкость смеси по формуле (3.27) равна

 


Минимальное и максимальное сечение трубного пространства на один ход  по формуле (3.111-3.112) равно:

 

,

.

 

Рассчитаем минимальное  и максимальное сечение потока в межтрубном пространстве в м2:

 

,                                                                  (3.113)

,                                     (3.114)

 

где - наружный диаметр труб, равный 0,025 м;

  - динамический коэффициент вязкости кубового остатка при его средней температуре, Па.с.

Подставим числовые значения в формулы (3.113 - 3.114) и получим:

 

,

.

 

Выбираем двухходовой кожухотрубчатый теплообменник с диаметром кожуха 400 мм, диаметром труб 25х2 мм, числом труб 100, поверхностью теплообмена 47 м2, длиной труб 6 м (турбулентный режим не реализуется).

 

3.2.4 Холодильник кубового  остатка

 

Рассчитаем теплообменный  аппарат для охлаждения кубового остатка. Охлаждение производится водой. Для расчета выберем кожухотрубчатый теп-

лообменник. Направим охлаждаемую  смесь в межтрубное пространство, а охлаждающую воду в трубное  пространство теплообменника. Примем для межтрубного пространства индекс «1», а для трубного  – «2».

Данные взяты из п. 3.1.6 . Средняя  температура кубового остатка  0C, средняя температура охлаждающей воды t2=30 0C, средняя разность температур 0C. Массовый расход смеси G1=Gw=2,072  кг/с, объемный расход охлаждающей воды V2=0,0037 м3/с, расход теплоты Qw=308108 Вт.


Зададимся минимальным  и максимальным значениями коэффициента теплопередачи для случая передачи теплоты от углеводородов при вынужденном движении и [1].

Максимальная площадь поверхности теплообмена по формуле (3.87) равна

 

.

 

 

 

 

Минимальная площадь поверхности теплообмена по формуле (3.109) равна


.

 

Вязкость смеси (3.27)

 

 

Минимальное и максимальное сечение  трубного пространства на один ход  по формуле (3.111-3.112) равно:

 

,

.

 

Подставим числовые значения в формулы (3.113 - 3.114) и получим:

 

,

.

 

Выбираем шестиходовой кожухотрубчатый теплообменник с диаметром кожуха 600 мм, диаметром труб 25х2 мм, числом труб 196, поверхностью теплообмена 91 м2, длиной труб 6 м.

 

 

3.2.5 Кипятильник

 

Рассчитаем теплообменный  аппарат для кипячения кубовой  жидкости. Нагрев производится греющим  паром с абсолютным давлением 0,1 МПа. Необходимые данные  для  расчета  возьмем  из  пункта 3.1.6. Температура кипения смеси 0С, температура конденсации насыщенного водяного пара tконд=99,6 0С.  Температура кубового остатка 0С.

 Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике дистиллята (на испарение смеси) Q=Qk=2097990 Вт.

Средняя разность температур определяется по формуле


 

,                                             (3.113)

 

.

 

Зададимся минимальным и максимальным значениями коэффициента теплопередачи  для случая передачи теплоты от конденсирующегося пара к кипящей  жидкости при свободном движении и [1].

Максимальная площадь поверхности теплообмена по формуле (3.87) равна

 

.

 

Минимальная площадь поверхности теплообмена по формуле (3.109) равна

 

.

 

Рассчитаем минимальное и максимальное сечение трубного пространства в м2 на один ход :

 

                   ,                                   (3.114)


        ,                                    (3.115)

 

где - внутренний диаметр труб, равный 0,021 м;

  - динамический коэффициент вязкости кубовой жидкости при температуре кипения , Па.с [3].

Динамический коэффициент вязкости кубовой жидкости при температуре кипения  по формуле (3.27) равен

 

 

Минимальное сечение трубного пространства на один ход по формуле (3.111) равно

 

.

 

Максимальное сечение трубного пространства на один ход по формуле (3.112) равно

 

.

 

Выбираем шестиходовой кожухотрубчатый испаритель с диаметром кожуха 600 мм, общим числом труб 196, поверхностью теплообмена 91 м2, длиной труб 6 м2.

3.3 Выбор трубопровода


 

3.3.1 Оптимальный  диаметр патрубка для выхода  пара с верха  

          колонны

 

Определим оптимальный  диаметр патрубка по формуле:

 

  ,                                       (3.116)

 

где      - оптимальный диаметр патрубка, м;

            - объемный расход пара в верхней части колонны, м3/с;

            - скорость насыщенного пара при давлении 105 Па, м/с.

Примем скорость насыщенного  пара в трубопроводе м/с [1].

Определим объемный расход пара в верхней части колоны:

 

   ,                                         (3.117)

.

 

В соответствии с формулой (3.148):

 

.

 

Выбираем стандартный  диаметр патрубка d = 325х10 мм [1].

 

3.3.2 Оптимальный  диаметр патрубка для входа  флегмы

 

Определим оптимальный  диаметр патрубка по формуле:

 

  ,                                       (3.118)


где      - оптимальный диаметр патрубка, м;

           - объемный расход жидкости в верхней части колонны, м3/с;

           - скорость жидкости в нагнетательных трубопроводах: м/с [1].

Определим объемный расход жидкости в верхней части колоны:

 

   ,                                         (3.119)

.

 

В соответствии с формулой (3.118) получим:

 

.

 

Выбираем стандартный  диаметр патрубка d = 48х3 мм [1].

 

 

 

 

 

 

 

3.3.3 Оптимальный  диаметр патрубка для входа  исходной смеси

 

Определим оптимальный  диаметр патрубка по формуле:

 

  ,                                       (3.120)


где - оптимальный диаметр патрубка, м;

- объемный расход исходной  смеси, м3/с;

- скорость жидкости в нагнетательных трубопроводах, м/с: м/с [1].

Определим объемный расход исходной смеси:

 

   ,                                           (3.121)

 

где - плотность исходной смеси при её температуре кипения, кг/м3.

Плотность исходной смеси  при её температуре кипения определялась при расчете подогревателя исходной смеси: кг/м3.

Информация о работе Проектирование и автоматизированный расчёт ректификационной колонны непрерывного действия для разделения бинарной смеси ацетон – этан