166667 (625077), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

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):

n_0yн=3.029

n_0yв=5.51

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:

м

м

д) высота единиц переноса в жидкой фазе для верхней и нижней части колонны:

м

м

Тогда высота единиц переноса равна:

м

м

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).

2.4.1 Куб-испаритель

Исходные данные: Q_k=3924.32кВт, t_w=71^ْC

Δt=t_гп-t_w

Пусть Δt=30^ْC, тогда:

t_гп= Δt+ t_w=101^ْC,

при t_гп= 101^ْC,

p_гп=1.0728кгс/см², r_гп=2257.6 кДж/кг

пусть коэффициент теплопередачи К_ор=800Вт/(м^2.К)

Определим поверхность теплообмена по формуле:

м²

По ориентировочной поверхности теплообмена выбираем стандартный куб-испаритель с внутренним диаметром кожуха D=1000 мм, числом труб n=747, с поверхностью теплообмена F=176 м² и длиной труб l=3м.

2.4.2 Подогреватель

Исходные данные: кг/с, x_F=0.48, t_F=58.4 ^ْC, t_нач=20 ^ْC, .

Определим среднюю температуру:

Δt_м=t_гп-t_F=101-58.4=42.6 ^ْC

Δt_б=t_гп-t_нач=101-20=81 ^ْC

^ْC

t_ср=t_гп- Δt_ср=41.23 ^ْC

Определим вязкость смеси:

мПа^.с

мПа^.с

мПа^.с

Определим теплоемкость смеси:

Определим количество теплоты в подогревателе:

Вт

Пусть К_ор=300Вт/(м^2.К), тогда

м²

м

м

0.01161тр<0.0232

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^-2м и числом рядов труб n_р=18.

Определим расход греющего пара по формуле:

кмоль/с

2.4.3 Дефлегматор

Исходные данные: Q_D=3703,486 кВт, t_D=56 ^ْC, t_внач=15 ^ْC, t_вкон=40 ^ْC

Определим среднюю температуру:

Δt_м=t_D-t_вкон=16 ^ْC

Δt_б=t_D-t_внач=41 ^ْC

^ْC

t_ср=t_D- Δt_ср=29.32 ^ْC

Определим теплофизические свойства воды при t_ср=29.32 ^ْC:

• λ =0.6167Вт/(м^.К)

• μ=0.8125 мПа^.с

• ρ=996.14кг/м³

• β=3.12^.10^-4 1/К

• с=4189Дж/кгК

Пусть К_ор=500Вт/(м^2.К), тогда

м²

кг/с

м

м

0.03тр<0.07

Исходя из сделанных расчетов выбираем: стандартный четырехходовой дефлегматор 20^x2 с внутренним диаметром кожуха D=1000 мм, числом труб n=1072, длиной труб l=4м, проходным сечением одного хода S_т=5.1^.10^-2м, числом рядов труб n_р=34 и стандартный шестиходовой дефлегматор 25^x2 с внутренним диаметром кожуха D=1200 мм, числом труб n=958, длиной труб l=4м, проходным сечением одного хода S_т=5.2^.10^-2м, числом рядов труб n_р=32.

2.4.4 Холодильник дистиллята

Исходные данные: кг/с, t_D=56 ^ْC, t_вкон=25 ^ْC, t_внач=15 ^ْC, t_1кон=25 ^ْC.

Определим среднюю температуру:

Δt₁=t_D-t_вкон=31 ^ْC

Δt₂=t_1кон-t_внач=10 ^ْC

δt₁=t_D-t_1кон=31 ^ْC

δt₂=t_вкон-t_внач=10^ْC

^ْC

^ْC

так как δt₁>δt₂, то

^ْC

Определим теплофизические свойства воды при t_срв=20 ^ْC:

• с=4190Дж/кгК

• μ=1.005 мПа^.с

t_1ср=t_вср+ Δt_ср=20+15.03=35.03 ^ْC

Определим теплоемкость дистиллята при t_1ср:

Вт

кг/с

Пусть К_ор=300Вт/(м^2.К), тогда

м²

м

м

0.0034тр<0.0068

Определим вязкость смеси при t_1ср=35.03 ^ْC

мПа^.с

мПа^.с

мПа^.с

м

м

0.013мтр<0.039

Исходя из сделанных расчетов можем выбрать стандартный четырехходовой холодильник c 25^x2 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^-2м и числом рядов труб n_р=14.

2.4.5 Холодильник кубового остатка.

Исходные данные: кг/с, t_w=56 ^ْC, t_вкон=25 ^ْC, t_внач=15 ^ْC, t_1кон=25 ^ْC.

Определим среднюю температуру:

Δt₁=t_w-t_вкон=71-25=46 ^ْC

Δt₂=t_1кон-t_внач=25-15=10 ^ْC

δt₁=t_w-t_1кон=71-25=46 ^ْC

δt₂=t_вкон-t_внач=25-15=10^ْC

^ْC

^ْC

так как δt₁>δt₂, то

^ْC

Определим теплофизические свойства воды при t_срв=20 ^ْC:

• с=4190Дж/кгК

• μ=1.005 мПа^.с

t_1ср=t_вср+ Δt_ср=20+19.24=39.24 ^ْC

Определим теплоемкость дистиллята при t_1ср:

Вт

кг/с

Пусть К_ор=300Вт/(м^2.К), тогда

м²

м

м

0.003тр<0.006

Определим вязкость смеси при t_1ср=39.24 ^ْC

мПа^.с

мПа^.с

мПа^.с

м

м

0.0073< S_мтр<0.022

Исходя из сделанных расчетов можем выбрать стандартный двухходовой холодильник 20^x2 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^-2м и числом рядов труб n_р=14.

2.5 Подробный расчет дефлегматора

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

Расчет коэффициентов теплоотдачи.

Исходные данные: , t_D=56 ^ْC, t_2ср=29.32 ^ْ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^-2м и числом рядов труб n_р=34, в среднем по 31-32 трубе в ряду.

1. Задаемся температурой стенки ^ْC

Тогда

Δt=t_D-t_ст1=56-45=11 ^ْC

t_пл=(t_кон+t_ст1)/2=(56+45)/2=50.5 ^ْ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);

-плотность смеси, кг/м³;

теплота конденсации, Дж/кг;

- скорость свободного падения, м/с;

-вязкость смеси, мПа^.с;

- наружный диаметр труб, м.

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 ^ْC и теплоту конденсации при температуре конденсации:

кДж/кг

где - теплоты испарения ацетона и четыреххлористого углерода, .

,

где исходные данные: A₁ =72.18; t _1кр=235.1; A₂=25.64; t_2кр=283.4

;

.

мПа^.с

мПа^.с

кг/м³

кг/м³

кг/м³

Вт/мК

Вт/мК

Тогда

Тогда поверхностная плотность теплового потока первой стенки определим по формуле:

Примем что

Определим температуру второй стенки по формуле:

Определим коэффициент теплопроводности для воды при t=29.32 ^ْC с помощью интерполяции справочных данных:

Аналогично определим коэффициент теплопроводности для воды при t=34.23 ^ْC:

Определим вязкость жидкости для воды при t=29.32 ^ْC с помощью интерполяции справочных данных:

Па

Аналогично определим вязкость воды при t=34.23 ^ْC:

Па

Определим теплоемкость воды t=29.32 ^ْC с помощью интерполяции справочных данных:

Аналогично определим теплоемкость воды при t=34.23 ^ْC:

Определим критерий Рейнольдса по формуле:

,

где - вязкость смеси, Па^.с;

G- расход воды, кг/с;

z- число ходов, z=4;

d- внутренний диаметр труб, м;

N_тр- количество труб.

Определим критерий Прандтля для потока и стенки при температурах t_ср=29.32ْС, t_ст=34.23ْС:

,

где с- теплоемкость воды, Дж/кгК;

теплопроводность воды, Вт/(м^.К);

-вязкость воды, мПа^.с.

Определим критерий Нуссельта по формуле:

Зная критерий Нуссельта, определим коэффициент теплоотдачи второй стенки по формуле:

Тогда

Тогда поверхностная плотность теплового потока первой стенки определим по формуле:

Сопоставим q₁ и q₂, т разность выразим в процентах:

Выбранная температура стенки наугад не подходит.

2. Выбираем новую температуру стенки t_ст1=44ْС и проводим расчеты аналогично расчетам при температуре стенки ^ْC

Тогда

Δt=t_D-t_ст1=56-44=12 ^ْC

t_пл=(t_кон+t_ст1)/2=(56+44)/2=50 ^ْ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);

-плотность смеси, кг/м³;

теплота конденсации, Дж/кг;

- скорость свободного падения, м/с;

-вязкость смеси, мПа^.с;

- наружный диаметр труб, м.

Коэффициент может быть существенным для вязких конденсатов, а для воды его не учитывают.

Определим теплопроводность, плотность, вязкость при определяющей температуре t=50 ^ْC и теплоту конденсации при температуре конденсации:

кДж/кг

где - теплоты испарения ацетона и четыреххлористого углерода, .

,

где исходные данные: A₁ =72.18; t _1кр=235.1; A₂=25.64; t_2кр=283.4

;

.

мПа^.с

мПа^.с

кг/м³

кг/м³

кг/м³

Вт/мК

Вт/мК

Тогда

Тогда поверхностная плотность теплового потока первой стенки определим по формуле:

Примем, что

Определим температуру второй стенки по формуле:

Определим коэффициент теплопроводности для воды при t=29.32 ^ْC с помощью интерполяции справочных данных:

Аналогично определим коэффициент теплопроводности для воды при t=32.5 ^ْC:

Определим вязкость жидкости для воды при t=29.32 ^ْC с помощью интерполяции справочных данных:

Па

Аналогично определим вязкость воды при t=32.5 ^ْC:

Па

Определим теплоемкость воды t=29.32 ^ْC с помощью интерполяции справочных данных:

Аналогично определим теплоемкость воды при t=32.5 ^ْC:

Определим критерий Рейнольдса по формуле:

,

где - вязкость смеси, Па^.с;

G- расход воды, кг/с;

z- число ходов, z=4;

d- внутренний диаметр труб, м;

N_тр- количество труб.

Определим критерий Прандтля для потока и стенки при температурах t_ср=29.32ْС, t_ст=32.5ْС:

,

где с- теплоемкость воды, Дж/кгК;

теплопроводность воды, Вт/(м^.К);

-вязкость воды, мПа^.с.

Определим критерий Нуссельта по формуле:

Зная критерий Нуссельта, определим коэффициент теплоотдачи второй стенки по формуле:

Тогда

Тогда поверхностная плотность теплового потока первой стенки определим по формуле:

Сопоставим q₁ и q₂, т разность выразим в процентах:

Выбранная температура стенки наугад не подходит.

3. Используя графический метод, определяем температуру стенки в третьем приближение-

^ْC (графическое решение приведено в приложение 5).

Проводим расчеты аналогичные расчетам, выполненным в пункте 2.

Δt=t_D-t_ст1=56-44.8=11.2 ^ْC

t_пл=(t_кон+t_ст1)/2=(56+44.8)/2=50.4 ^ْ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);

-плотность смеси, кг/м³;

теплота конденсации, Дж/кг;

- скорость свободного падения, м/с;

-вязкость смеси, мПа^.с;

- наружный диаметр труб, м.

Коэффициент может быть существенным для вязких конденсатов, а для воды его не учитывают.

Определим теплопроводность, плотность, вязкость при определяющей температуре t=50 ^ْC и теплоту конденсации при температуре конденсации:

кДж/кг

где - теплоты испарения ацетона и четыреххлористого углерода, .

,

где исходные данные: A₁ =72.18; t _1кр=235.1; A₂=25.64; t_2кр=283.4

;

.

мПа^.с

мПа^.с

кг/м³

кг/м³

кг/м³

Вт/мК

Вт/мК

Тогда

Тогда поверхностная плотность теплового потока первой стенки определим по формуле:

Примем что

Определим температуру второй стенки по формуле:

Определим коэффициент теплопроводности для воды при t=29.32 ^ْC с помощью интерполяции справочных данных:

Аналогично определим коэффициент теплопроводности для воды при t=33.89 ^ْC:

Определим вязкость жидкости для воды при t=29.32 ^ْC с помощью интерполяции справочных данных:

Па

Аналогично определим вязкость воды при t=33.89 ^ْC:

Па

Определим теплоемкость воды t=29.32 ^ْC с помощью интерполяции справочных данных:

Аналогично определим теплоемкость воды при t=33.89 ^ْC:

Определим критерий Рейнольдса по формуле:

,

где - вязкость смеси, Па^.с;

G- расход воды, кг/с;

z- число ходов, z=4;

d- внутренний диаметр труб, м;

N_тр- количество труб.

Определим критерий Прандтля для потока и стенки при температурах t_ср=29.32ْС, t_ст=32.5ْС:

,

где с- теплоемкость воды, Дж/кгК;

теплопроводность воды, Вт/(м^.К);

-вязкость воды, мПа^.с.

Определим критерий Нуссельта по формуле:

Зная критерий Нуссельта, определим коэффициент теплоотдачи второй стенки по формуле:

Тогда

Тогда поверхностная плотность теплового потока первой стенки определим по формуле:

Сопоставим q₁ и q₂, 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 м², следовательно дефлегматор выбран с запасом поверхности теплообмена 13%.

Вывод

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^x2мм, 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 м²;

- 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=0.016м², поверхностью теплообмена F=63 м²;

- двухходовой холодильник кубового остатка с трубами 20^x2мм 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=31м²;

- четырехходовой холодильник дистиллята с трубами 25^x2мм 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=32м²;

- четырехходовой дефлегматор с трубами 20^x2мм по ГОСТ 15121-79 с внутренним диаметром кожуха D=1м, числом труб n=1072, длиной труб l=4м, поверхностью теплообмена F=269м², с числом рядов n_p=34 и проходным сечением одного хода S_тр=0.051м;

- шестиходовой дефлегматор с трубами 25^x2мм по ГОСТ 15121-79 с внутренним диаметром кожуха D=1.2м², числом труб n=958, длиной труб l=4м, поверхностью теплообмена F=301м², 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 .

Список использованной литературы

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.

Характеристики

Список файлов курсовой работы