Проектирование ректификационной установки непрерывного действия для разделения смеси ацетон - уксусная кислота, производительностью 6,0 кг/с по дистилляту

Подождите немного. Документ загружается.

Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре-конденсаторе, находим по

уравнению:

DDД

rRGQ  )1(

(52)

Здесь

 

водDипрDD

rxrxr  1

(53)

где

- удельные теплоты конденсации ацетона и уксусной кислоты.

кг

кДж

4.5129.3740516.09.5199484.0 

кВтQ

7.23114.51220.58676.0 

Расход теплоты получаемой в кубе-испарителе от греющего пара, находим по уравнению:

ПОТFFFWWWDDDДK

QtcGtcGtcGQQ 

(54)

Здесь тепловые потери принимаем равными 3% от полезно затрачиваемой теплоты;

Ккг

кДж



 393.2

Ккг

кДж



 462.2

Ккг

кДж



 438.2

ВтQ

10738.7 

Расход теплоты в подогревателе исходной смеси:

 

НFFF

ttcGQ  05.1

(55)

Здесь тепловые потери принимаем равными 5% от полезно затрачиваемой теплоты;

теплоемкость исходной смеси

кг

кДж

438.2

взята при средней температуре в

теплообменнике:

 

кВтQ 32.49182.813964333.805.1 

Расход теплоты отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике дистиллята:

 

КОНDDD

ttcGQ  05.1

(56)

Тепловые потери принимаем равными 5% от полезно затрачиваемой теплоты; удельная

теплоемкость дистиллята

кг

кДж

393.2

взята при средней температуре:

 

кВтQ 7.2311204,803798312.405.1 

Расход теплоты отдаваемой от кубовой жидкости охлаждающей воде в водяном

холодильнике кубового остатка:

 

КОНWWW

ttcGQ  05.1

(57)

Тепловые потери принимаем равными 5% от полезно затрачиваемой теплоты; удельная

теплоемкость кубового остатка

кг

кДж

462.2

взята при средней температуре:

 

ВтQ 2480209,914194021.405.1 

Расход греющего пара, имеющего давление

см

кгс

абс



и влажность 5%:

а) в кубе испарителе







ПГ

(58)

где

кг

кДж

ПГ

2264



– удельная теплота конденсации греющего пара;



- степень

сухости.

кг

ПГ

598.3

95.0102264

10738.7









б) в подогревателе исходной смеси

кг

ПГ

019.1

95.0102264

10192.2









Расход охлаждающей воды:

а) в дефлегматоре

 

ВНАЧКОНВ

ttс







(59)

где

Kкг

кДж



 19.4

– теплоемкость воды;

1000

кг





- плотность воды при

средней температуре

 

077.0

100012354190

10395.7









б) в водяном холодильнике дистиллята

 

011.0

100012354190

10039.1









4. Расчет теплообменной аппаратуры.

4.1. Подробный расчет подогревателя исходной смеси.

Температура конденсации греющего пара

1.99

KOHД

°С Тепло конденсации идёт на

нагрев исходной смеси от начальной температуры 18

С до 81.2

мб

ср







(60)

Выбираем давление греющего пара 3 атмосферы, при котором

Сt

грюпараконденс

9,132

кг

кДж

парагр

2171



Определить движущую силу процесса:

Кt

9,117159,132 

Кt

3,286,1049,132 

Кt

ср

1.78

1470.1

6.89

3.28

9.117

6.89



;

Определить среднюю температуру исходной смеси:

Сttt

српарагрF

8,541,789,132 

Определим температуру смеси как разность между температурой конденсации и средней

логарифмической разностью температур.

Тсмеси=99,1-41,8=57,3

В соответствии с табл. 2.1 [1] примем

Kм

Вт





1000

4.1.1 Турбулентный режим

Выбираем давление греющего пара 3 атмосферы, при котором

Сt

грюпараконденс

9,132

кг

кДж

парагр

2171



Определить движущую силу процесса

мб

ср







;

Кt

9,117159,132 

Кt

3,286,1049,132 

Кt

ср

1.78

1470.1

6.89

3.28

9.117

6.89



;

Определить среднюю температуру исходной смеси:

Сttt

српарагрF

8,541,789,132 

При

=54,8

находим физико-химические параметры исходной смеси:

751

кг





смПа

 239,0



1012

кг





смПа

 745,0



Ккг

кДж



 5635.2

Км

Вт



 148.0



Ккг

кДж



 231.2

Км

Вт



 159.0



100409,110))83626,0()20466,0((

1012

2463,0

751

1537,01





см



5,960

кг

см





см



=0.158lg0.239+0.842lg0.745=(-0.0982)+(-0.10764)=(-0.20584);

смПа

см

 6225.0



Ккг

кДж

см



 282.2888.1394.0231.2*8463.05635.2*1537.0

Км

Вт

см







1505.000682.013456.002275.0

8463.0*153.0*)148.0159.0(*72.0159.0*8463.0148.0*1537.0



44.9

1505.0

6225.0*282.2

Pr 





ст

Определить расход теплоты:

FFFF

tcGQ 

кВтQ

8.1226)156.104(282.2*0.6 

Задаемся коэффициентом теплопередачи:

Км

Вт





600

и определим

поверхность теплообмена:

ср





2,26

1,78*600,0

8,1226

мF 

В качестве конденсатора выбираем двухходовый кожухотрубный теплообменник TH:

D=600мм; Ø25x2мм;

7,110 мS

тр



;

10

; (число рядов труб).

Определим число Re для исходной смеси, которая подается в трубное пространство:

трF

3675.0

107.1*5.960

0.6













11850

106225.0

021.0*5.960*3657.0













(турбулентный режим течения).

Для водяного пара при конденсации его на пучке его горизонтальных труб при

1



применяется следующая формула:

)(

28,1

25.0







где

67.0



(при

10

7420

(при

конд

140

7240

(при

конд

120

Тогда:

25.025.025,0

)(

15865

)()025,0(

7356

67,280,1

конд











Итерационный расчет:

Методом итераций задается

Сt

ст

9,129

, находим

2ст

и уточняем коэффициент

теплоотдачи:

принимаем

Kt 3

, т.е

Сt

ст

9,129

. Тогда

Kм

Вт

конд





225.0

12055

)0.3(

15865



1..1111

106165,33*12055)(

Вт

tttq

стгркондcт





Задаемся термическим сопротивления загрязнений стенок с обеих сторон и итой стенки:

Вт

Kм

rrr

загр

ст

загрi















10591.4

5800

5.17

102

5800













стст

ст

;

rqtt

iстст

112

3.1136.169.129

10591.4*4*106165.39.129











Определить коэффициент теплоотдачи для исходного раствора по формуле:

25,043.02.0

)

(PrRe021.0

ст

Nu 

;

Принимаем

25,0

)

(

ст

=1, с последующими расчетами. Тогда:

Nuh





;

5.1006256.2*51.1822*021.0)44.9((11908)*0.021Nu

43.00.8



Км

Вт





2.720

021.0

1505.0*5.100



Без учета

ст

рассчитываем

222

10213.4)8.543.113(*2.720)(

Вт

ttq

Fст







qq 

, т.е. надо снова задаться

Сt

ст

2.129

, тогда

Кt

ст

7.32.1299.132



Kм

Вт

конд





225.0

11440

)7.3(

15865



Тогда

111

10233,47,3*11440

Вт

ст





Сt

ст

044

8,1094,192,12910591,4*10233,42,129 



Находим при

2ст

=109,8

физико-химические параметры исходной смеси:

см



=0,158 lg0,16=0,842 lg0,415=(-0,12575)+(-0,3216)=(0,44735)

смПа

см

 357.0



Ккг

кДж

см



 629.21496.24795.054.2*8463.012.3*1537.0

Км

Вт

см







1485.000244.013118.001983.0

8463.0*1537.0*)129.0155.0(*72.0155.0*8463.0129.0*1537.0



105.1

1485.0

357.0*629.2

Pr 





ст

Kм

Вт





796720*105.1



4.1.2 Определение гидравлических сопротивлений:

Гидравлическое сопротивление

P

рассчитываем по формуле (70):

042.0

81.6

021.07.3

102.0

lg25.0

9.0

























































Скорость воды в штуцерах:

Согласно [1, 55] принимаем

ммd

150

502.0

15.014.3

008878.04







 

 

ПаP 3997

502.07.938

4.07.938

62165.2

7.9384.0

021.0

042.0

222















4.2. Приближенный расчет теплообменных аппаратов.

Расчет куба-испарителя:

Из справочных данных [2, 550] определяем температуру греющего пара, имеющего

см

кгс

абс



ПГ

 6.119

Cttt

WПГ

 7.279.916.119

В соответствии с табл. 2.1 [1] примем

Kм

Вт





1300

215

7.271300

107738

мF







Расчет дефлегматора:

СР







 56

354.80

124.80

)354.80()124.80(

В соответствии с табл. 2.1 [1] примем

Kм

Вт





500

264

56500

7395000

мF







Расчет холодильника дистиллята:

СР







 6.29

354.80

1230

)354.80()1230(

В соответствии с табл. 2.1 [1] примем

Kм

Вт





250

4.140

6.29250

1039000

мF







Расчет холодильника кубового остатка:

СР







 0.80

405.108

1530

)405.108()1530(

В соответствии с табл. 2.1 [1] примем

Kм

Вт





250

5.15

0.80250

101.3

мF







Заключение.

В данной курсовой работе мы произвели расчет ректификационной колонны для

разделения смеси: ацетон – уксусная кислота при атмосферном давлении. В качестве

ректификационной колонны используется аппарат высотой H=16,3 м и диаметром D=1,8 м.

Был произведен расчёт и выбор теплообменника для подогрева исходной смеси кубовым

остатком.

Выбран двухходовой теплообменник с внутренним диаметром кожуха D=0.4 м, числом

труб n=316, числом рядов труб n

=10, длиной труб l=6 м, с проходным сечением одного хода

=0.009 м

, поверхностью теплообмена F=47 м

;

Для изготовления аппарата выбрана нержавеющая сталь марки 12Х18Н10Т по ГОСТ 5949-75 с

коэффициентом теплопроводности

мКВт /5.17



.Список использованной литературы

1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и

аппаратов химической технологии: Учебное пособие для вузов под ред. чл. – корр. АН

России П.Г. Романкова. – 12-е изд., стереотипное. Перепечатка с издания 1987г. М.: ООО

ТИД «Альянс», 2005. – 576 с.

2. Волжинский А.И., Флисюк О.М. Ректификация: справочные данные по физико-

химическим величинам: – Метод. Указания. – СПб., СПбГТИ (ТУ), 2002. – 10 с.

3. Волжинский А.И., Марков А.В. Ректификация. Колонные аппараты с клапанными

тарелками (Текст): учебное пособие. – СПб., СПбГТИ (ТУ), 2006. –34 с.

4. Волжинский А.И., Флисюк О.М. Определение средних физических величин, потоков пара и

жидкости: метод. указания. – СПб., СПбГТИ (ТУ), 2002. – 10 с.

5. Волжинский А.И., Константинов В.А. Ректификация. Справочные данные по равновесию

пар–жидкость: – Метод. Указания. – СПб., СПбГТИ (ТУ), 2003. – 23 с.

Приложение 1: Графики

График зависимости состава пара, равновесного с жидкостью (данные взяты

из таблицы 10 [5, c.9]) и графики рабочих линий: