2 Расчетная часть

Данные для расчета:

Дефлегматор устанавливается для охлаждения и конденсации паров, поступающих из поступает из ректификационной колонны. На ректификацию поступает бинарная смесь ацетон-бензол в количестве F=150т/сутки; содержание низкокипящего компонента (НК) в исходной смеси 45%масс., в дистилляте 95%масс., в кубовом остатке % масс.. Давление в колонне 0,1Мпа. Давление в паровом пространстве дефлегматора 0,2Мпа.

2.1 Технологический расчет

Цель расчета определение количества паров ,кг/с поступающих из ректификационной колонны в дефлегматор. Это количество паров складывается из количества дистиллята D,кг/c и количества флегмы Ф,кг/с

Количество дистиллята определяется по уравнению материального баланса ректификации:

F=D+W (2.1)

(2.2)

где F - количество исходной смеси, кг/с

D - количество дистиллята, кг/с

W - количество кубового остатка, кг/с

0,45F=0,95D+0,04W

D=0,47F-0,042W

0,958W=0,53F

W=0,55F

W=0,55 1,74=0,96кг/c

D=F-W=1,74-0,96=0,78кг/c

Количество флегмы определяется исходя по величине рабочего флегмового числа R.

Массовое содержание низкокипящего компонента (НК) в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке переводится в мольные доли по формуле:

(2.3)

Где и - молекулярные массы компонентов смеси, кг/кмоль

x -содержание НК, в мольных долях, мол.д.

Для определения минимального и рабочего флегмового числа по данным таблицы 1 строится фазовая диаграмма x-y (линия равновесия) [Приложение А]

Температура кипения °C	80,1	778,3	776,4	772,8	669,6	666,7	664,3	662,4	660,7	559,6	558,8	556,1
Содержание НК в жидкой смеси X, мол.д	0	55	110	220	330	440	550	660	770	880	990	1100
Содержание НК в паровой фазе y, мол.д	0	114	224,3	440	551,2	559,4	666,5	773	779,5	886,3	993,2	1100

Таблица 1.-Равновесные составы жидкости и пара смеси ацетон-бензол.

Минимальное флегмовое число рассчитывается по формуле:

(2.4)

Где - содержание низкокипящего НК в паровой фазе исходной смеси, равновесное с .

определяется по диаграмме x-y(координата точи B’ по оси y)

Рабочее флегмовое число R рассчитывается по форуле:

R=1,3 +0,3 (2.5)

R=1,3 1,69+0,3=2,5

Количество флегмы Ф,кг/с:

Ф=D R (2.6)

Ф=2,5 0,78=1,95кг/с

Количество паров в колонне ,кг/с:

(2.7)

=1,95+0,78=2,73кг/с

Температура паров, выходящих из ректификационной колонны , определяется по формуле:

(2.8)

=57,3

2.2 Тепловой расчет

Цель теплового расчета: определить поверхность теплопередачи и подобрать стандартный теплообменный аппарат ля конденсации паров (дефлегматор)

В качестве дефлегматора ректификационной установки выбирается вертикальный кожухотрубный конденсатор. Пар проходит по межтрубному пространству. В качестве охлаждающего агента используется вода, которая направляется по тубам.

По справочной литературе определяются физико-химические параметры теплоносителей: плотность ,; вязкость , Па с; удельная теплоемкость с, Дж/кг; теплопроводность λ, Вт/м К.

Температура конденсации пара , при данной температуре рассчитываются физико-химические параметры конденсата, который представляет собой смесь, состоящую из ацетона и (1- ) бензола.

Плотность смеси : (2.9)

Где и - плотности ацетона и бензола при данной температуре ,кг/ . ацетона=746 кг/ , бензола=836 кг/ [8,541]

кг/

Вязкость смеси ,Па : (2.10)

Где и - вязкости ацетон и бензола при данной температуре, Па

ацетона= , бензола= [8,541]

Удельная теплота конденсации смеси r,Дж/кг (2.11)

Где и – удельные теплоты конденсации ацетона и бензола кДж/кг

r ацетон=519,6 кДж/кг, r бензола=408,5 кДж/кг [8,541]

кДж/кг

Удельная теплоемкость смеси с, . (2.12)

Где и – удельные теплоемкости ацетона и бензола

C ацетона=2304 , С бензола=1940 [8,528]

Теплопроводность смеси λ, Дж кг (2.13)

Где и - теплопроводности ацетона и бензола

ацетона=0,16 Дж кг, бензола=0,136 Дж кг [8,530]

Дж кг

2.2.1 Тепловая нагрузка дефлегматора Q, Вт рассчитывается по формуле:

(2.14)

1400258,9Вт

2.2.2 Расход охлаждающей воды , кг/с.

(2.15)

2.2.3 Средний температурный напор

∆Tср теплоносителей рассчитывается по схеме:

Если , по средней температурный нопор рассчитывается по формуле:

(2.16)

2.2.4 Расчёт поверхности теплопередачи м² :

(2.17)

Где Kор- коэффициент теплопередач, Вт/ м² K;

Kор=600 Вт/ м² K.

Принимается, что режим движения жидкости в трубном пространстве турбулентный, критерий Рейнольдса Re2=15000. Диаметр труб можно выбирать: 25 2 мм или 20 2 мм.

Определяется соотношения числа труб n к числу ходов в трубном пространстве z:

(2.18)

- внутренний диаметр труб, м.

По каталогу теплообменных аппаратов в соответствии с ГОСТ 15119-79 выбирается стандартный кожухотрубный подогреватель (конденсатор), у которого значение F, близко к значению , а рассчитанное соотношение n/z близко к этому соотношению у стандартного теплообменика.

Характиристики стандартного конденсатора:

-число труб n=334

-диаметр труб d=20*2мм

-число ходов z=4

-диаметр кожуха D=600мм

-площадь поверхности теплообмена F=84

-длина труб L=4м

Действительное значение критерия Рейнольдса Re:

(2.19)

Коэффициент теплоопередачи к жидкости α₂, Вт/ : (2.20)

где - критерий Нуссельта, при развитом турбулентном движении в прямых трубах, определяется по формуле:

(2.21)

Где Pr2 – критерий Прандтля для воды. (2.22)

Коэффициент теплоотдачи от пара, конденсирующегося на пучке вертикально расположенных труб Вт/м² K, рассчитывается по формуле:

(2.23)

Коэффициент теплопередачи K, Вт/м² K: (2.24)

где - толщина стенки трубу, м;

- коэффициент теплопроводности стенки, Вт/м² K;

, - термические сопративления загрязнений со стороны пара и воды, Вт/м² K.

Требуемая поверхность теплопередачи F, м²: (2.25)

Запас площади поверхности теплообмена: (2.26)

2.3 Гидравличиский расче:

Гидравлическое сопративление трубного пространства ∆

(2.27)

Где - скорость воды в трубном пространсве, м/с;

- коэффициент трения воды при движении в трубном в трубном

пространстве;

– сумма коэффициентов местных сопративлений трубного

пространства.

Значение коэффициентов местных сопративлений для трубного пространства.

Входная камера-1,5

Выходная камера-1,5

Вход в трубное пространство-1,0

Выход из трубного пространства-1,0

(Иоффе, 101)

Гидравлическое сопративление межтрубного пространства.

(2.28)

Где -коэффициент трения ацетона движущегося в межтрубном пространстве.

Значение коэффициентов местных сопративлений для межтрубного пространства:

Выход в межтрубное пространство под углом к рабочему потоку-1,5

Выход из межтрубноо пространства под углом к рабочему потоку1,5

Поворот ( через перегородку в межтрубном пространстве-1,5

Огибание перегородок, поддерживающих трубный пучок-0,5

(Иоффе, 101)

5

2.4 Конструктивный расчет

Определяем диаметр штуцеров для воды, проходящей по трубному пространству

(2.29)

Диаметр штуцеров для жидкости, проходящей по межтрубному пространству

(2.30)

Выбираем стандартные диамеры

D_тр=156 5мм, D_мт= мм

Заключение

В ходе выполнения курсового проекта мною был изучен теплообменный процесс дефлегмации. Также изучены конструкции теплообменных аппаратов, принцип их работы, правила эксплуатации и охрана окружающей среды при эксплуатации теплообменного оборудования. Мноую был выполнен чертеж кожухотруубного теплообменника.

В ходе выполнения проекта мною был рассчитан дефлегматор, были произведены: технологический, тепловой, конструктивный и гидравлические расчеты.

Мною было определено

Количество флегмы Ф=1,95кг/с

Количество паров в оонне G_П=1,95кг/с

Расход охлаждающей воды G₂ =16,73кг/с

Тепловая нагрузка Q=1400298,9Вт

Коэффициент теплопередачи K=595,23

Диаметр штуцеров трубного пространства D_тр=156 5мм

Диаметр штуцеров межтрубногопространства D_мт= мм

Гидравлическое сопративление трубного пространства ∆ =5845,63Па

Гидравлическое сопративление межтрубного пространства ∆ =51658,75Па

По каталогу был выбран стандартный кожухотрубный дефлегматор с параметрами:

-число труб n=334

-диаметр труб d=20*2мм

-число ходов z=4

-диаметр кожуха D=600мм

-площадь поверхности теплообмена F=84м

-длина труб L=4м

Литература

1.Альперт Л.З. Основы проектирования химических установок: М. Высшая школа-1986

2.Баранов Д.А., Кутепов А.М. Процессы и аппараты: М. издательский центр «Академия»,-2004

3. Иоффе и.л. проектирование процессов и аппаратов химической технологии: Л. Химия,-1998

4.Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: М. химия,-2006

5.Кувшинский М.Н., Соболева А.П. Курсовое проектирование по предмету Процессы и аппараты химической промышленности: М. высшая школа,-2006

6.Лащинский. Толчинский. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры : Л. Машиностроения,-1970

7.Медведев В.С. Охрана труда и противопажарная защита в химической промышленности: М. Химия,-2006

8. Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Л. Химия,-2004

9. Романков П.Г., Курочкина М.И., Мозжерин Ю.Я., Смирнов Н.Н.

Процессы и аппараты химической промышленности: Л. Химия,-2004

10. . Романков П.Г., Курочкина М.И., Расчетные диаграммы и номограммы по курсу Процессы и аппараты химической промышленности: Л. Химия,-1988

Приложение [А]