Ректификационная колонна

 

 

9.5. Расчёт подогревателя исходной смеси

а) тепловая нагрузка аппарата из теплового баланса  равна Q = Q₁ =

=1088399,5 Вт.

б) расход греющего пара G_Г.П. = 1,27 кг/с.

в) определим  среднюю разность температур:

Тепло подводится паром, имеющим давление р_абс = 4 .

Температурная схема:

142,9→142,9

105,4←20

——————

∆t_м = 37,5  ∆t_б = 122,9

Так как

Средняя разность температур:

 

 

г) определим  ориентировочное значение поверхности  теплообмена:

Расчёт ведём  по формуле:

 

К_ор - коэффициент теплопередачи от конденсирующегося водяного пара к органической жидкости.

В соответствии с табл. 2.1 (см. выше) примем  К_ор = 150 .

Наиболее  близкое к заданному значению в соответствии с таблицей принимает  подогреватель с диаметром кожуха D = 600 мм диаметром труб d₀ = 25 х 2 мм, числом ходов z = 1 и общим числом труб n = 257, L = 6 м, F = 121 м².

 

Таблица 6

Таблица теплообменников.

Аппарат	Диаметр кожуха, D, мм	Диаметр труб, d0 , мм	Число ходов, z	Общее число труб, n	Длина трубок, L, м	Поверхность теплообмена, F, м2
1	2	3	4	5	6	7
Дефлегматор	400	25 х 2	1	111	6	52
Водяной холодильник кубового остатка	600	25 х 2	1	257	3	61
Водяной холодильник дистиллята	400	25 х 2	1	111	6	52
Куб-испаритель	600	25 х 2	1	257	4	81
Подогреватель исходной смеси	600	25 х 2	1	257	6	121

 

Таким образом, для процесса ректификации выбраны одноходовые кожухотрубчатые теплообменники. При выборе учтены простота устройства и компактность аппарата (например, в нашем случае нет четырёх- и шестиходовых теплообменников), расход металла на единицу переданного тепла и другие технико-экономические показатели, также конструкция теплообменников удовлетворяет ряду требований, зависящих от конкретных условий протекания процесса теплообмена (тепловая нагрузка аппарата, температура и давление, при которых осуществляется процесс, агрегатное состояние и физико-химические свойства теплоносителей, их химическая агрессивность, условия теплоотдачи, возможность загрязнения рабочих поверхностей аппарата и др.).

 

10. Объём и размеры ёмкостей для исходной смеси и продуктов разделения

Расчёт ёмкостей ведём по следующей формуле:

где G – массовый расход исходной смеси, дистиллята и кубового остатка в зависимости от ёмкости, ;

τ – время, необходимое для проведения процесса, с, τ = 24 ч = 86400 с;

ρ – плотность раствора соответственно при Х_F, Х_Р, Х_W, .

10.1. .Расчёт ёмкости для исходной смеси

Температуру исходной смеси определяем по диаграмме  « t – x,y »:

Х_F  = 0,11 кмоль/кмоль см. – 77,5 °С.

Тогда ρ = 825.

 

По таблице  выбираем в соответствии с ГОСТ 6533-78 подходящую ёмкость типа ГЭЭ (горизонтальный корпус с эллиптическим днищем и  крышкой) номинальной вместимостью 160 м³.   [8]                                                                               

10. 2. Расчёт ёмкости для дистиллята

Температуру исходной смеси определяем по диаграмме  « t – x,y »:

Х_Р  = 0,933 кмоль/кмоль см. – 103 °С.

Тогда ρ = 798 .

 

Выбираем днища эллиптические отбортованные стальные для аппарата в соответствии  с ГОСТ 6533-78 номинальной вместимостью 160 м³.

10.3. Расчёт ёмкости для кубового остатка

Температуру исходной смеси определяем по диаграмме  « t – x,y »:

Х_W  = 0,016 кмоль/кмоль см. – 108°С.

Тогда ρ = 793 .

По таблице  выбираем в соответствии с ГОСТ 6533-78 подходящую ёмкость типа ГЭЭ (горизонтальный корпус с эллиптическим днищем и  крышкой) номинальной вместимостью 160 м³.[8]

Таким образом, мы устанавливаем по одной горизонтальной ёмкости с эллиптическим днищем и крышкой для исходной смеси (V = 160 м³), для дистиллята (V = 10 м³) и для кубового остатка (V = 160 м³). Так как вещества имеют запах, мы ставим аппараты с крышками для предотвращения его распространения. Также крышки защищают от разбрызгивания и уноса жидкостей. Выбираем именно горизонтальные ёмкости, так как они требуют меньшей высоты промышленных зданий.

 

11. Напор и марка насосов

 

11.1. Расчёт и выбор насоса для подачи исходной смеси

а) выбор  диаметра трубопровода проведём, приняв скорость смеси этилацетат – толуол во всасывающей и нагнетательной линиях одинаковой и равной 2 .

 

 

 

По ГОСТу  выбираем диаметр трубопровода d = 30 х 2,0 мм. трубы стальные прямошовные.

d_внутр. = 30 – 2 ^. 2,0 = 28 мм.

Выбираем  стальной трубопровод с незначительной коррозией.

б) рассчитываем потери на трение и местные сопротивления:

Определим режим  течения смеси этилацетат – толуол:

 

Динамический  коэффициент вязкости смеси этилацетат – толуол при t = 20 :                                                                                                            

μ = 0,518 ^. 10^-3 Па ^. с.                                                                       [21, табл. IХ]

Плотность смеси  этилацетат – толуол при t = 20 :

ρ = 799 .                                                                                            [21, табл. IV]

 

Среднее значение абсолютной шероховатости  стенок труб е = 0,2 мм    [21, табл.XII]. Относительная шероховатость    По рис 1.5 [21] находим значение коэффициента трения λ = 0,025.

Сумма коэффициентов  местных сопротивлений для всасывающей  линии:

                                                                  [21, табл.XIII]

Таблица 7

Вид сопротивления

Вид сопротивления	Значение коэффициента местного сопротивления
Вентиль нормальный, 2	= 6,45 . 2 = 12,9
Колено 900 стандартный чугунный, 2	= 1,8 . 2 = 3,6
Вход в трубу с острыми краями, 1	= 0,5

  

 

Тогда:

 

 

Потери напора на всасывающей линии:

 

 

Сумма коэффициентов  местных сопротивлений для нагнетательной линии:

                                                  [21, табл.XIII]

Таблица 8

Значение  сопротивления

Вид сопротивления	Значение коэффициента местного сопротивления ξ
Вентиль нормальный, 1	= 6,25
Выход из трубы, 1	= 1,0

 

Тогда

 

 

Потери напора на нагнетательной линии:

 

 

Общие потери напора:

Н_п =Н_вс+ Н_н                                                                                      (129)

Н_п = 4,3 + 4,1 = 8,4 м.

в) рассчитываем полный напор, развиваемый насосом:

 

Р₂ – Р₁ = Р_изб. = 1ат. = 98100 Па.

г) подбираем  насос по ГОСТу:

По таблице  устанавливаем, что по заданным производительности и напору следует выбрать центробежный насос марки Х20/31, для которого при оптимальных условиях работы производительность Q = 5,5 ^. 10^-3 , напор Н = 31 м,  к.п.д. насоса η_н = 0,55. Насос снабжён двигателем  ВАО–41–2  номинальной мощностью 5,5 кВт (η_д = 0,84, частота вращения вала n = 48,3 [21, с.38, табл.1]

д) находим  мощность, потребляемую двигателем:

Полезная  мощность насоса:

 

 

Для выбранного центробежного насоса . Тогда мощность, потребляемая двигателем насоса:

 

 

 

е) находим  предельную высоту всасывания:

Для центробежных насосов запас напора, необходимый  для исключения кавитации, рассчитывают по формуле:

           

 

 

h_t находим по табл. 2.2, [21]:

h_t = 0,24 м

 

 

 

Таким образом, высота всасывания должна быть не более  2,56 м

11.2. Выбор запасного насоса для подачи исходной смеси

Можно выбрать  такой же насос, как и первый, так как он служит запасным и взаимозаменяет его.

 

11.3. Расчёт и выбор насоса, стоящего на выходе кубового остатка из ёмкости 2

 

По таблице  устанавливаем, что по заданным производительности и напору следует выбрать центробежный насос марки Х8/31, для которого при оптимальных условиях работы производительность Q = 2,4 ^. 10^-3 , напор Н = 30 м,  к.п.д. насоса η_н = 0,5. Насос снабжён двигателем  ВАО–32–2  номинальной мощностью 4 кВт (η_д = 0,83, частота вращения вала n = 48,3 ).                                   [16].

11.4. Расчёт и выбор насоса, стоящего на выходе дистиллята из ёмкости 3

 

По таблице  устанавливаем, что по заданным производительности и напору следует выбрать центробежный насос марки Х45/31, для которого при оптимальных условиях работы производительность Q = 4,2 ^. 10^-4 , напор Н = 31 м. Насос снабжён двигателем АОЛ-12-2 номинальной мощностью 1,1 кВт (частота вращениявалаn=50 ). [19].

Таблица 9

Марки насосов.

Насос	Марка насоса	Q,	Н, м столба жидкости	ηн	n,	Электродвигатель
						тип	ηд	Nн, кВт
Насос 1	Х20/31	5,5 . 10-3	31	0,55	48,3	ВАО–41–2	0,84	5,5
Насос 2	Х20/31	5,5 . 10-3	31	0,55	48,3	ВАО–41–2	0,84	5,5
Из ёмкости 2	Х8/30	2,4 . 10-3	30	0,50	48,3	ВАО–32–2	0,83	4
Из ёмкости 3	Х2/25	4,2 . 10-4	25	-	50	АОЛ–12–2	-	1,1

 

Таким образом  для нашего процесса мы используем центробежные насосы, так как они  имеют следующие преимущества:

1. Высокую производительность и равномерную подачу;
2. Компактность и быстроходность;
3. Простоту устройства, что позволяет изготавливать их из химически стойких, трудно поддающихся механической обработке материалов;

<