Ректификационная установка

Принимаем диаметр штуцера dц = 325 мм.
4.5 Изготовление штуцеров и выбор фланцев.
Для упрощения конструктивных деталей колонны, будем изготовлять штуцера из отрезков труб соответствующих диаметров. Внешний вылет штуцеров составляет ( 1.5 от диаметра штуцера, внутренний - ( 0.3. Чтобы предупредить попадание жидкости во внутреннее пространство штуцера, подающего циркуляционный пар, труба, из которой он изготовлен, обрезается под углом книзу.
К выступающим отрезкам труб привариваются фланцы плоские стальные (4, стр. 547).
5. Выбор насосов
5.1 Насос для подачи исходной смеси:
Q = Gf =0,0044 м3/с 3600 • ρисх
Выбираем центробежный насос марки Х20/10
5.2 Насос для подачи флегмы в колонну и насос для подачи дистиллята в холодильник:
Q = Gp =0,0021 м3/с 3600 • ρ
Выбираем центробежный насос марки Х8/24
6. Расчет кожухотрубчатого конденсатора (дефлегматора).
6.1 Определение данных для расчета.
Молярный расход паров:
Gп = Gp + Ф = 180,044
Массовый расход паров:
G1 = Gп • Мср = 2,045 кг/с 3600
где: Мср – молярная масса пара, равная 40,904;
Удельная теплота конденсации смеси: r = 992,63 кДж/кг;
Температура конденсации: 78,4 о С;
Свойства конденсата при температуре конденсации:
ρсм = 942,54 кг/м3
Плотность:
Динамическая вязкость:
Коэффициент теплопроводности:
Тепло конденсации отводим водой с начальной температурой:
Примем температуру воды на выходе из конденсатора:
При средней температуре t = 20 о С воды имеет следующие свойства:
Плотность:
Теплоемкость:
Теплопроводность:
Динамическая вязкость:
Прандтль:
6.2 Тепловой расчет.
Q = r1 • G1 • 1000 = 2 029 928.35 Вт
6.2.1 Тепловая нагрузка аппарата:
6.2.2 Расход воды:
Gв = Q = 24,28 кг/с cв • (tвк – tвн)
6.2.3 Средняя разность температур:
6.2.4 Ориентировочное значение поверхности:
∆tср = (tкон – tвн) - (tкон – tвк)
= 57,82
ln ( (tкон – tвн) ) (tкон – tвк)
Примем значение коэффициента теплоотдачи К = 500 Вт/м2К, тогда:
По каталогу ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШа, 1991г., «Кожухотрубчатые теплообменные аппараты общего и специального назначения» принимаем наиболее близкий к ориентировочному значению площади поверхности конденсатор КНГ: двухходовой, с одной плоской и одной эллиптической крышкой, диаметром кожуха 800 мм, длиной труб – 4000мм, диаметром труб 25х2 мм и поверхностью теплообмена 138 м2.
Проводим тепловой расчет выбранного конденсатора:
Число Рейнольдса:
Коэффициент теплоотдачи к воде:
Коэффициент теплоотдачи от пара, конденсирующегося в пучке горизонтальных труб:
Сумма термодинамических сопротивлений стенки труб из нержавеющей стали и загрязнений со стороны воды и пара:
Коэффициент теплопередачи:
Требуемая поверхность теплообмена:
Имеем запас по площади:
Толщину обечайки кожуха дефлегматора по рекомендации каталога ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШа, 1991г., «Кожухотрубчатые теплообменные аппараты общего и специального назначения» принимаем 10 мм.
Диаметры штуцеров для входа и выхода охлаждающей воды по каталогу – 250 мм. Диаметр штуцера для входа пара и соответствует штуцеру выхода пара из колонны, а штуцер для слива конденсата соответствует штуцеру для входа флегмы.
6.3 Расчет трубных решеток и фланцев кожуха.
Толщина трубной решетки, исходя из закрепления труб развальцовкой с обваркой, определяется из условия:
где: dн – наружный диаметр трубы, равный 25 мм;
tр – шаг между трубами, равный 43 мм.
В соответствии с ГОСТ 28759.2 – 90 «Фланцы сосудов и аппаратов плоские приварные» для конденсатора с D = 800 мм и Ру = 0.6 Мпа толщина фланцев равна 40 мм. Так как фланцы у нас являются одной деталью с трубной решеткой, то толщина ее, соответственно, тоже 40 мм.
7. Расчет и выбор теплообменников.
7.1 Дефлегматор
Исходные данные:
Расход пара, кг/с:
Коэффициент теплопередачи, Вт/м2К:
Температура жидкости, оС:
Температура греющего пара, оС:
Удельная теплота парообразования смеси, кДж/кг:
Удельная теплота конденсации воды, кДж/кг:
Тепловая нагрузка аппарата, Вт:
Расход греющего пара, кг/с:
Средняя разность температур, оС:
Площадь поверхности теплообмена:
По каталогу ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШа, 1991г., «Кожухотрубчатые теплообменные аппараты общего и специального назначения», выбираем испаритель ИН-1 одноходовой с площадью теплообмена 41 м2. Диаметр кожуха - 600 мм, длина труб – 2000мм, количество – 131шт.
7.2 Холодильник.
Исходные данные:
Расход дистиллята, кг/с:
Коэффициент теплопередачи, Вт/м2К:
Температура дистиллята, оС:
Температура охлаждающей воды, оС:
Теплоемкость воды, Дж/кгК:
Тепловая нагрузка аппарата, Вт:
Расход охлаждающей воды, кг/с:
Средняя разность температур, оС:
Площадь поверхности теплообмена, м2:
По каталогу ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШа, 1991г., «Кожухотрубчатые теплообменные аппараты общего и специального назначения», выбираем холодильник ХК двухходовой с площадью теплообмена 24 м2. Диаметр кожуха - 426 мм, длина труб – 3000 мм.
7.3 Рекуператор.
Исходные данные:
Расход греющей жидкости (кубовая жидкость), кг/с:
Расход обогреваемой жидкости (исходная смесь), кг/с:
Коэффициент теплопередачи, Вт/м2К:
Температура исходной смеси, оС:
Температура кубовой жидкости, оС:
Теплоемкость исходной смеси:
Теплоемкость кубовой жидкости:
Тепловая нагрузка аппарата:
Конечная температура исходной смеси:
Средняя разность температур:
Площадь поверхности теплообмена:
По каталогу ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШа, 1991г., «Кожухотрубчатые теплообменные аппараты общего и специального назначения», выбираем теплообменник одноходовой с площадью теплообмена 77 м2. Диаметр кожуха - 600 мм, длина труб – 3000 мм.
7.4 Испаритель.
Исходные данные:
Расход исходной смеси, кг/с:
Коэффициент теплопередачи, Вт/м2К:
Температура жидкости, оС:
Температура греющего пара, оС:
Удельная теплота конденсации воды, кДж/кг:
Тепловая нагрузка аппарата, Вт:
Расход греющего пара, кг/с:
Средняя разность температур, оС:
Площадь поверхности теплообмена:
По каталогу ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШа, 1991г., «Кожухотрубчатые теплообменные аппараты общего и специального назначения», выбираем теплообменник двухходовой с площадью теплообмена 51 м2. Диаметр кожуха - 600 мм, длина труб – 3000 мм.
8. Тепловой баланс процесса ректификации.
Q1 + Q2 + Q3 = Q4 + Q5 + Q6
Q1 = 3154000 - тепло, поступающее в кипятильник ректификационного аппарата с греющим паром, Вт.
Q2 = 1286600 - тепло, поступающее с разделяемой смесью, Вт.
Q3 = 428900 - тепло, поступающее с флегмой, Вт.
Q4 = 3849000 - тепло, уходящее с парами, Вт.
Q5 = 102298 – тепло, уходящее с остатком, Вт.
Q6 – тепло, выделяемое в окружающую среду.
Q6 = Q1 + Q2 + Q3 - Q4 - Q5 = 918202 Вт.
Для снижения тепловых потерь возможно применение тепловой изоляции как на колонне и теплообменниках, так и на трубопроводах.
Список используемой литературы:
«Основные процессы и аппараты химической технологии», пособие по проектированию под ред. Ю. И. Дытнерского. М., «Химия» 1991 г.
К.Ф. Павлов, П. Г. Романков, А. А. Носков. «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии». Л., «Химия», 1987г.
Г. Я. Рудов, Д. А. Баранов. «Расчет тарельчато ректификационной колонны», методические указания. М., МГУИЭ, 1998г.
А. А. Лащинский, А. Р. Толчинский. «Основы конструирования и расчета химической аппаратуры». М, 1968г.
«Краткий справочник физико-химических величин». М., «Химия», 1967г.
Каталог «Кожухотрубчатые теплообменные аппараты общего и специального назначения». М., «ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ», 1991г.
Каталог «Емскостная стальная сварная аппаратура». М., «ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ», 1969г.
2
КП 250100 00 00 ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.