3 Описание конструкции и принципа действия вспомогательного оборудования
При выборе оптимальных условий работы ректификационной установки необходимо учитывать расход тепла и основные параметры (температуру и давление) теплоносителей – греющего пара и охлаждающей воды, а также требуемые размеры как самой колонны, так и соединенных с ней теплообменных аппаратов (кипятильника, нагревателя исходной смеси, дефлегматора и холодильника паров). Все эти факторы взаимосвязаны и зависят, в частности, от температуры и агрегатного состояния подавляемой на разделение смеси.
В данном курсовом проекте проводится подбор следующего вспомогательного оборудования: испаритель, дефлегматор, насос подачи исходной смеси.
Испаритель (кипятильник) предназначен для превращения в пар части жидкости, стекающей из колонны, и подвода пара в ее нижнюю часть (под насадку или нижнюю тарелку). Кипятильники имеют поверхность нагрева в виде змеевика или представляют собой кожухотрубчатый теплообменник, встроенный в нижнюю часть колонны. Более удобны для ремонта и замены выносные кипятильники (рисунок 3.1), которые устанавливают ниже колонны с тем, чтобы обеспечить естественную циркуляцию жидкости.
Расположение выносного кипятильника
1 – кипятильник, 2 – ректификационная колонна.
Рисунок 3.1- расположение выносного кипятильника
Дефлегматор, предназначенный для конденсации паров и подачи
орошения (флегмы) в колонну, представляет собой кожухотрубчатый теплообменник, в межтрубном пространстве которого обычно конденсируются пары, а в трубах движется охлаждающий агент (вода).
Однако вопрос о направлении конденсирующихся паров и охлаждающего агента внутрь или снаружи труб следует решать в каждом конкретном случае, учитывая желательность повышения коэффициента теплопередачи и удобство очистки поверхности теплообмена.
В случае частичной конденсации паров в дефлегматоре его располагают непосредственно над колонной (рисунке.3.2), чтобы обеспечить большую компактность установки, либо вне колонны. При этом конденсат (флегму) из нижней части дефлегматора подают непосредственно через гидравлический затвор наверх колонны, так как в данном случае отпадает необходимость в делителе флегмы.
В случае полной конденсации паров в дефлегматоре его устанавливают выше колонны, непосредственно на колонне (см. рисунок 3.2,а) или ниже верха колонны (рисунок.3.2,б) для того, чтобы уменьшить общую высоту установки.
а – на колонне; б – ниже верха колонны; 1 – дефлегматоры; 2 – колонны; 3 – насос.
Рисунок 3.2- Варианты установки дефлегматоров
В последнем случае флегму из дефлегматора подают в колонну 2 насосом. Такое размещение дефлегматора часто применяют при установке ректификационных колонн вне зданий, что более экономично в условиях умеренного климата.
В качестве насоса для подачи исходной смеси выбрали центробежный насос. В центробежном насосе представленном на рис 3.3 жидкость из всасывающего трубопровода 1 поступает вдоль оси рабочего колеса 2 в корпус 3 насоса и, попадая на лопатки 4, приобретает вращательное движение. Центробежная сила отбрасывает жидкость в канал переменного сечения между корпусом и рабочим :колесом, в котором скорость жидкости уменьшается до значения равного скорости в нагнетательном трубопроводе 5. При этом, как следует из уравнения Бернулли, происходит преобразование кинетической энергии потока жидкости в статический напор, что обеспечивает повышение давления жидкости. На входе в колесо создается пониженное давление, и жидкость из приёмной емкости непрерывно поступает в насос. Давление, развиваемое центробежным насосом, зависит от скорости вращения рабочего колеса. Вследствие значительных зазоров между колесом и корпусом насоса разрежение, возникающее при вращении колеса, недостаточно для подъема жидкости по всасывающему трубопроводу, если он и корпус насоса не залиты жидкостью. Поэтому перед пуском центробежный насос заливают перекачиваемой жидкостью. Чтобы жидкость не выливалась из насоса и всасывающего трубопровода при заливке насоса или при кратковременных остановках его, на конце всасывающей трубы, погруженном в жидкость, устанавливают обратный клапан, снабженный сеткой (на рисунке не показан).
Напор одноступенчатых центробежных насосов (с одним рабочим колесом) ограничена и не превышает 50 м. Для создания более высоких напоров применяют многоступенчатые насосы , имеющие несколько рабочих колес в общем корпусе расположенных последовательно на одном валу.
1 – всасывающий трубопровод; 2 – рабочее колесо; 3 – корпус;
4 – лопатки; 5 – нагнетательный.
Рисунок 3.3 - схема центробежного насоса.
Жидкость, выходящая из первого колеса, поступает по специальному отводному каналу, в корпусе насоса во второе колесо (где ей сообщается дополнительная энергия), из второго колеса через отводной канал в третье колесо и т. д. Таким образом, ориентировочно ( без учета потерь) можно считать, что напор многоступенчатого насоса равен напору одного колеса, умноженному на число колес. Число рабочих колес в многоступенчатом насосе обычно не превышает пяти.