Ректификационная установка для разделения смеси этиловый спирт-ацетон

.

– расстояние от нижней тарелки  до верха слоя жидкости в кубе,

. Принимаем .

– высота слоя жидкости в кубе (10 мин),

.

Температура кубового остатка  .

                                (табл.IV[1])

      

,

. Принимаем  .

– высота юбки (выбирается 3 – 4 м). Принимаем .

.

В колонне устанавливаем  смотровые люки перед 8,16,24,32,40:

 

 

 

 

 

 

 

                     6. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС КОЛОННЫ

 

Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей  воде в дефлегматоре-конденсаторе:

     (7.15 [1])

,

где – удельные теплоты конденсации дистиллята, ацетона и этилового спирта при температуре дистиллята ;

  (табл. XLV [1])

;

.

Расход теплоты, получаемой в кубе-испарителе от греющего пара (7.14 [1]):

,

где – теплоёмкости дистиллята, кубового остатка и сырья соответственно (считаются аналогично удельным теплотам конденсации);

тепловые потери приняты в размере 3 % от полезно затрачиваемой  теплоты.

 

1)

 ;  (рис. XI [1])

 

2)

;

 

3)

;

Расход теплоты в подогревателе  смеси:

,

где – начальная температура сырья (среднеиюльская температура Минска).

Тепловые потери приняты  в размере 5 %.

-удельная теплоемкость исходной смеси, взятая при средней температуре

        с =  2283.55    

          с   =2857,58                                                                                                                                                                                       

.

Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике дистиллята:

,

где – конечная температура охлаждённого дистиллята,

-удельная теплоемкость дистиллята, взятая при средней температуре

.

Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике кубового остатка:

,

-удельная теплоемкость кубового остатка, взятая при средней температуре

.

 

Расход греющего пара, имеющего температуру конденсации 108,7^оС давление и влажность 5%

а) в кубе-испарителе:

-удельная теплота конденсации греющего пара.

б) в подогревателе  исходной смеси,

.

Всего: 1.06+0.2=1.26кг/с или 4.5т/ч

Расход охлаждающей  воды при нагреве её на

а) в дефлегматоре:

;

 

б) в водяном холодильнике дистиллята:

;

в водяном холодильнике кубового остатка

V = = 0.004 ;

 Всего:0,026+0,001+0,004=0,031 или111,6  
                 7. ВЫБОР ТЕПЛООБМЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ

 

7.1 Выбор подогревателя сырья.

1. Выбираем коэффициент теплопередачи из табл.2.1[2]. При передаче тепла от конденсирующегося пара к органическим жидкостям.

К =210

        2.Рассчитаем среднюю разность температур. Схема теплообмена противоточная.

Температурная схема.

Водяной пар берём при:

      (2.6 [2]).

3.Определим необходимую поверхность теплообмена.

Расход теплоты на нагрев смеси:

  .

Ориентировочно определяем необходимую поверхность теплообмена:

  ,  

Из табл. 2.4 [2] выбираем стандартный кожухотрубчатый теплообменник по ГОСТу 14246-79:

- поверхность теплообмена 38м²

  - длинна труб 3м

- число ходов 2

- площадь сечения одного хода по трубам 0.02м²

- диаметр труб 20 2 мм

- диаметр кожуха 500мм

Запас площади поверхности  теплообмена

Запас площади поверхности  теплообмена достаточен

4.Расход греющего пара в подогреватели сырья.

 

 

 

7.2 Расчет и подбор кипятильника

1.Тепловая нагрузка аппарата:

Q

2.Рассчитываем среднюю разность температур:

t

t

3.В соответствии с табл.2.1 принимаем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи К=1400  
4.Тогда ориентировочное значение требуемой поверхности составит:

F=

      Из табл.2.10 выбираем стандартный кожухотрубчатый испаритель по ГОСТу 15119-79

- поверхность теплообмена 61м²

^- число ходов 1

- длинна труб 3м

- диаметр труб 25 2 мм

- диаметр кожуха 600мм

Запас площади поверхности теплообмена:

Запас площади поверхности  теплообмена достаточен.

 

 

 

 

         

 

7.3. Расчет и подбор конденсатора

1.Температура конденсации ацетона под атмосферным давлением 56,4

 Охлаждающая вода проходящая по трубам нагревается на 20

от 18 до 38

2.Температурная схема дефлегматора:

18

               

3.Средняя разность температур:

>2,

 

то 

4.Средняя температура  охлаждающей воды:

t

5.Тепловая нагрузка аппарата:

6.Расход воды:

7.В соответствии с табл.2.1[2] примем значение коэффициента теплопередачи. При передачи тепла от конденсирующего пара органических жидкостей к воде .

8.Тогда ориентировочное значение требуемой поверхности составит:

 

9.Задаваясь числом Re=15000 определяем соотношение n\z конденсатора из труб d

где    n-общее число труб,

z-число ходов по трубному пространству,

          d-внутренний диаметр труб мм,

             динамический коэффициент вязкости воды при 29,2

 

10.Уточнённый расчёт  поверхности теплопередачи. В  соответствии с табл.2.9 соотношение принимает наиболее близкое к заданному значение у конденсаторов с диаметром кожуха D=1000мм,диаметром труб 25 мм, числом ходов z=4 и общим числом труб n=666:

                                

Значение критерия Re:

                Re=

11.Коэффициент теплоотдачи к воде определим по уравнению (2.12),пренебрегая поправкой( ) .При турбулентном режиме движения:

                = 0,023Re

                где,    Pr=5.45-критерий для воды при 29,2

                          

                            

Для органической жидкости при 

                                       рис.X [1]

                                             табл.IV[1]

                                         рис.V[1]

 

12.Рассчитываем коэффициент теплоотдачи для конденсирующегося пара ацетона по уравнению(2.24) для вертикальных труб:

 

               ,

         

 

13.Термическое сопротивление стенки трубы:

 

               ,

 

              где -коэффициент теплопроводности нержавеющей стали(табл. ХХХVIII)

 

Тепловая проводимость загрязнения со стороны ацетона(табл.2.2)

                           

Тепловая проводимость загрязнению со стороны воды:

 

                           

 

Суммарное термическое стенки и загрязнений:

 

           0.000114+

 

14.Коэффициент теплопередачи:

               К=

 15.Тогда требуемая поверхность составит:

 

В выбранном теплообменнике запас поверхности:

Запас площади поверхности  теплообмена  достаточен.

 

Из табл. 2.10 [2] в

1. Выбираем стандартный кожухотрубчатый конденсатор по ГОСТу 15119-79:

- поверхность теплообмена 157м²

  - длинна труб 3м

- число ходов 4

- площадь сечения одного хода по трубам 0.055м²

- диаметр труб 25 2 мм

- диаметр кожуха 1000мм

 

8. ПОДБОР НАСОСА ДЛЯ ПОДАЧИ ИСХОДНОЙ СМЕСИ

 

  Геометрическая высота подъема смеси 11.1м. температура 25 . На линии нагнетания ( ) расположены 3 отвода под углом , 1 задвижка, 1диафрагма,1 прямоточный вентиль. На линии всасывания ( ) установлено 2 нормальных вентиля, 2 отвода под углом ,3 отвода под углом ,1 задвижка, (в обоих случаях отношение радиуса изгиба к внутреннему диаметру трубопровода равно 4).

Выбираем насос (по напору и мощности).

1. Выбираем диаметр трубопровода, приняв скорость смеси во всасывающий и нагнетательной линиях одинаковой и равной 1.5 .

                                        1.19[1]

.

 

Выбираем стальной трубопровод  с незначительной коррозией. Наружный диаметр 70мм, внутренний d=0.063м. Фактическая скорость:

 

2. Рассчитываем потери на трение и местные сопротивления.

.

Режим турбулентный

Среднее значение абсолютной шероховатости стенок труб (табл. 12 [1]). Относительная шероховатость .

По графику 1.5 [1] находим значение коэффициента трения .

Сумма коэффициентов местных сопротивлений для всасывающей линии:

,

,

где = 0.5 – вход в трубу с острыми краями;

=1.0 0.11=0.11 – отвод под углом ;

= 0.12 - отвод под углом ;

= 4.4 - нормальный вентиль;

= 0.5 – задвижка;

 

Тогда

.

Потери напора на всасывающей линии:

.

Сумма коэффициентов  местных сопротивлений для нагнетательной линии:

     (1.58 [3]),

;

где = 1 – выход из трубы;

  = 1.0 0.11 – отвод под углом ;

  = 0.5 – задвижка;

= 8.25 – диафрагма;

  = 0.61 – прямоточный вентиль.

Тогда

Потери напора на нагнетательной линии

.

Общие потери напора:

       (1.63 [3]),

.

Выбираем насос 

Рассчитываем полный напор, развиваемый насосом:

-гидравлическое сопротивление в верхней части колонны.

Полезная мощность насоса:

Для ц/б насоса средней  производительности принимаем 

.       (2.4 [3]).

Тогда мощность, потребляемая двигателем насоса

.

По таблице 1 [2] устанавливаем, что по заданной производительности и напору следует выбрать центробежный насос со следующими характеристиками:

- марка Х20/18;

- Q =

- H = 18;

- ;

- двигатель ВАО-31-2;

- мощность = 3;

- n = .

Для ц/б насосов запас  напора, необходимый для исключения кавитации рассчитывается по формуле

 стр. 20 [2]), .

 

9.РАСЧЁТ И ПОДБОР ШТУЦЕРОВ

 

1. . Для ввода сырья в колонну

       (1.21 [4]),

принимаем скорость сырья