Курсовая работа: Полный расчет ректификационной колонны

Определим коэффициент диффузии газа для нижней и верней части колонны по формуле:

,

где T – температура газа, К; p- давления газа, кгс/см2; MA,MB- мольные массы газов A и B;

vA,vB- мольный объемы газов А и В, определяемые, как сумма атомных объемов элементов, входящих в состав газа.

Пусть А – ацетон (МА=58 кг/кмоль);

В- четыреххлористый углерод (МВ=154кг/кмоль).

см3/атом

 см3/атом

м2/с;

 м2/с;

Определим коэффициент диффузии в разбавленных растворах для верхней и нижней части колонны:

,

где М – мольная масса растворителя;

v- мольный объем диффундирующего вещества;

T –температура, К;

- динамический коэффициент вязкости растворителя, мПа.с;

- параметр, учитывающий ассоциацию молекул растворителя (А=В=1).

Пусть А растворяется в В (В- растворитель):

 м2/с;

 м2/с.

Пусть В растворяется в А (А- растворитель):

 м2/с;

 м2/с.

Определим коэффициент диффузии смеси жидкостей для верхней и нижней части колонны по формуле:

 м2/с;

 м2/с.

По диаграмме «Равновесное состояние жидкости и пара» определяем коэффициенты распределения нижней и верхней частей колонны:

Через xн, xв определяем углы α и β соответственно (приложение 2).

Определяем число единиц переноса графическим методом интегрирования для нижней и верхней части колонны:

yw=xw=0.06

yD=xD=0.8

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):

n0yн=3.029

n0yв=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: Qk=3924.32кВт, tw=71ْC

Δt=tгп-tw

Пусть Δt=30ْC, тогда:

tгп= Δt+ tw=101ْC,

при tгп= 101ْC,

pгп=1.0728кгс/см2, rгп=2257.6 кДж/кг

пусть коэффициент теплопередачи Кор=800Вт/(м2.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, xF=0.48, tF=58.4 ْC, tнач=20 ْC, .

Определим среднюю температуру:

Δtм=tгп-tF=101-58.4=42.6 ْC

Δtб=tгп-tнач=101-20=81 ْC

 ْC

tср=tгп- Δtср=41.23 ْC

Определим вязкость смеси:

мПа.с

 мПа.с

 мПа.с

Определим теплоемкость смеси:

Определим количество теплоты в подогревателе:

Вт

Пусть Кор=300Вт/(м2.К), тогда

м2

м

м

0.01161<Sтр<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 Sт=1.6.10-2м и числом рядов труб nр=18.

Определим расход греющего пара по формуле:

кмоль/с

2.4.3 Дефлегматор

Исходные данные: QD=3703,486 кВт, tD=56 ْC, tвнач=15 ْC, tвкон=40 ْC

Определим среднюю температуру:

Δtм=tD-tвкон=16 ْC

Δtб=tD-tвнач=41 ْC

 ْC

tср=tD- Δtср=29.32 ْC

Определим теплофизические свойства воды при tср=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 Кор=500Вт/(м2.К), тогда

м2

кг/с

м

м

0.03<Sтр<0.07

Исходя из сделанных расчетов выбираем: стандартный четырехходовой дефлегматор 20x2 с внутренним диаметром кожуха D=1000 мм, числом труб n=1072, длиной труб l=4м, проходным сечением одного хода Sт=5.1.10-2м, числом рядов труб nр=34 и стандартный шестиходовой дефлегматор 25x2 с внутренним диаметром кожуха D=1200 мм, числом труб n=958, длиной труб l=4м, проходным сечением одного хода Sт=5.2.10-2м, числом рядов труб nр=32.

2.4.4 Холодильник дистиллята

Исходные данные: кг/с, tD=56 ْC, tвкон=25 ْC, tвнач=15 ْC, t1кон=25 ْC.

Определим среднюю температуру:

Δt1=tD-tвкон=31 ْC

Δt2=t1кон-tвнач=10 ْC

δt1=tD-t1кон=31 ْC

δt2=tвкон-tвнач=10ْC

 ْC

 ْC

так как δt1>δt2, то

 ْC

Определим теплофизические свойства воды при tсрв=20 ْC:

·  с=4190Дж/кгК

·  μ=1.005 мПа.с

t1ср=tвср+ Δtср=20+15.03=35.03 ْC

Определим теплоемкость дистиллята при t1ср:

Вт

кг/с

Пусть Кор=300Вт/(м2.К), тогда

м2

м

м

0.0034<Sтр<0.0068

Определим вязкость смеси при t1ср=35.03 ْC

мПа.с

 мПа.с

 мПа.с

м

м

0.013<Sмтр<0.039

Исходя из сделанных расчетов можем выбрать стандартный четырехходовой холодильник c 25x2 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 Sт=1.8.10-2м и числом рядов труб nр=14.

2.4.5 Холодильник кубового остатка.

Исходные данные: кг/с, tw=56 ْC, tвкон=25 ْC, tвнач=15 ْC, t1кон=25 ْC.

Определим среднюю температуру:

Δt1=tw-tвкон=71-25=46 ْC

Δt2=t1кон-tвнач=25-15=10 ْC

δt1=tw-t1кон=71-25=46 ْC

δt2=tвкон-tвнач=25-15=10ْC

 ْC

 ْC

так как δt1>δt2, то

 ْC

Определим теплофизические свойства воды при tсрв=20 ْC:

·  с=4190Дж/кгК

·  μ=1.005 мПа.с

t1ср=tвср+ Δtср=20+19.24=39.24 ْC

Определим теплоемкость дистиллята при t1ср:

Вт

кг/с

Пусть Кор=300Вт/(м2.К), тогда

м2

м

м

0.003<Sтр<0.006

Определим вязкость смеси при t1ср=39.24 ْC

мПа.с

 мПа.с

 мПа.с

м

м

0.0073< Sмтр<0.022

Исходя из сделанных расчетов можем выбрать стандартный двухходовой холодильник 20x2 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 Sт=1.7.10-2м и числом рядов труб nр=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: , tD=56 ْC, t2ср=29.32 ْC, , дефлегматор с внутренним диаметром кожуха D=1000 мм, числом труб n=1072, длиной труб l=4м, проходным сечением одного хода Sт=5.1.10-2м и числом рядов труб nр=34, в среднем по 31-32 трубе в ряду.

1. Задаемся температурой стенки  ْC

Тогда

Δt=tD-tст1=56-45=11 ْC

tпл=(tкон+tст1)/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;

Страницы: 1, 2, 3, 4