Пример курсовой

Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева

Кафедра процессов и аппаратов химической технологии

КУРСОВАЯ РАБОТА

"Расчёт участка подогрева жидкой смеси ректификационной установки"

Часть 1. Гидравлический расчёт и подбор насоса Вариант 421

Выполнил: _____________________

Проверил: _____________________

Дата выдачи задания: "___" _________ 20__ г.

Дата сдачи работы: "___" _________ 20__ г.

Работа защищена с оценкой: ____ баллов.

Москва

2012

Справочные данные по плотности и вязкости компонентов . . . . . . . . . 7.

Справочные данные по давлению насыщенных паров . . . . . . . . . . . . . . 8.

Определение средней температуры в теплообменнике . . . . . . . . . . . . . . 9.

Расчёт плотности бинарной смеси . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.

Расчёт вязкости бинарной смеси . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.

2

Введение

Ректификация является процессом энергоёмким, а также требующим значительных капитальных затрат на оборудование. Так капиталовложения в ректификационное оборудование достигают в среднем 20% от сметной стоимости нефтеперерабатывающих и химических заводов. Несмотря на свою энерго- и материалоёмкость, ректификация по сей день занимает ключевое место в химических производствах. Причина такой востребованности процесса ректификации заключается в его крупнотоннажности, ни один альтернативный процесс разделения не может обеспечить столь высоких расходов разделяемых продуктов. В целом, энергетические затраты на процессы разделения составляют 50% и выше от себестоимости продукции, причём количественная доля ректификации в этих процессах достигает 90%.

Ректификационная колонна - это не более половины капитальных и эксплуатационных затрат ректификационной установки. Остальные затраты приходятся на технологическую "обвязку" колонны: теплообменники для подогрева исходных потоков и охлаждения продуктов, трубопроводы и насосы для транспортировки исходной смеси, продуктов разделения, теплагентов и хладагентов, ёмкости для промежуточного накопления исходной смеси и продуктов, обеспечивающие непрерывную работу ректификационной установки. Столь значительные затраты на гидравлическое и теплообменное оборудование ректификационной установки налагают жесткие требования на его проектирование.

В первой части данной курсовой работы рассмотрен гидравлический расчёт участка подогрева исходной смеси перед её подачей в ректификационную колонну. Следует отметить, что подогрев исходной смеси осуществляют не всегда. Возможна, и часто применяется, подача разделяемой смеси в ректификационную колонну без предварительного подогрева. В этом случае расчёт участка подачи исходной смеси проводится аналогично рассматриваемому расчёту, исключая расчёт теплообменного аппарата.

Гидравлический расчёт включает в себя также подбор насоса, обеспечивающего непрерывную подачу ректификационной смеси из промежуточной ёмкости, куда смесь поступает с других стадий производства, в ректификационную колонну. Наибольшее распространение на химических производствах получили центробежные насосы, благодаря своим высоким подачам (расходам) и достаточным для химических производств напорам. Одноступенчатый центробежный насос обеспечивает напор до 50 метров, что обычно достаточно для транспортировки жидкостей между аппаратами, работающими под атмосферным давлением. При этом центробежный насос, значительно уступая поршневым и плунжерным в напоре, отличается от них более высоким КПД и несравнимо более высокой подачей.

Центробежный насос выбирают таким образом, чтобы при работе на данную гидравлическую сеть, представляющую собой трубопровод с установленными на нём арматурой и оборудованием, он обеспечивал расход и напор немного выше, чем требуется в соответствии с техническим заданием.

4

Рис. 1. Характеристики насоса и сети: Vс, Hс - производительность и напор сети,

Hн - напор насоса при заданной производительности, Vр.т., Hр.т. - производительностьинапорсети.

При этом на графике зависимости напора от производительности (расхода) рабочая точка, представляющая собой пересечение характеристики насоса с характеристикой сети, будет лежать правее и выше точки сети (см. рис. 1). Из всех насосов, удовлетворяющих вышеуказанному условию, выбирают насос с наименьшей потребляемой мощностью.

Поскольку производительность выбранного насоса на сеть несколько выше, чем данный в техническом задании расход, необходимо устройство для регулирования расхода. Таким устройством является байпасный вентиль, установленный на линии, соединяющей нагнетательный и всасывающий трубопроводы в обход насоса. По байпасной линии излишек потока возвращается во всасывающую трубу. Таким образом, меняя степень открытия байпасного вентиля, можно регулировать расход в сети при неизменном режиме работы насоса.

Для непрерывной стабильной работы ректификационной колонны необходима возможность поддерживать и регулировать расход автоматически, для чего требуется замерять его в реальном времени. Одно из наиболее распространённых устройств для измерения расхода в трубопроводах - это мерная диафрагма, представляющая собой установленную в трубе перегородку с отверстием. Замеряя перепад давления на диафрагме манометром, можно по его показаниям вычислить расход.

5

Физические свойства

Справочные данные по плотности и вязкости компонентов.

7

Справочные данные по давлению насыщенных паров.

8

Определение средней температуры в теплообменнике.

Данные по парожидкостному равновесию [5, табл. 1509]

Температура кипения смеси заданного состава: tкип := linterp(х,т,x) = 161.09 оС

(найдена с помощью функции линейной интерполяции по зависимости температуры кипения жидкости от состава, приведённым на Т-x,y диаграмме).

(найдена в первом приближении как среднее арифметическое, во второй части курсовой должна быть пересчитана через среднюю движущую силу процесса теплопередачи).

9

Расчёт плотности бинарной смеси.

(найдены с помощью функции линейной интерполяции по справочным данным зависимости плотностей компонентов от температуры).

Плотность смеси при исходной температуре:

(найдена по формуле, не учитывающей объёмный эффект смешения; для водных растворов формула неприменима).

Плотность компонентов при средней температуре в теплообменнике:

(найдены с помощью функции линейной интерполяции по справочным данным зависимости плотностей компонентов от температуры).

Плотность смеси температуре средней температуре в теплообменнике:

(найдена по формуле, не учитывающей объёмный эффект смешения; для водных растворов формула неприменима).

10

Расчёт вязкости бинарной смеси.

Вязкость компонентов при исходной температуре:

(найдены с помощью функции линейной интерполяции по справочным данным зависимости плотностей компонентов от температуры;

корректней было бы сделать линейную интерполяцию не по зависимости µ=f(t), а по зависимости ln(µ)=f(1/T) ).

Вязкость смеси при исходной температуре:

μ := 10x log(μ_нк)+(1−x) log(μ_вк) = 4.351 мПа.с

Поскольку данных по вязкости изопропилбензола при температурах выше 40оС в справочниках не найдено, вязкость при средней температуре в теплообменнике может быть приближенно найдена различными способами:

1) Линейной экстраполяцией по зависимости µ=f(t) на основе имеющихся справочных данных:

μ_нк1 := linterp(tμнк,μнк,tто) = 0.187 мПа.с

2) Линейной экстраполяцией по зависимости ln(µ)=f(1/T) на основе имеющихся справочных данных:

μ_нк2 := elinterp(обTμнк,lnμнк,обTто) = 0.356 мПа.с

3) Эмпирически одним из методов, описанных в [6, с. 382-398], например, методом Оррика и Эрбара [5, с. 383]:

11