Расчёт ректификационной колонны 6непрерывного действия для разделения бинарной смеси бензол - у

2





ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

	      Рассчитать ректификационную колонну непрерывного действия для разделения бинарной смеси бензол - уксусная кислота по следующим данным:

	Расход исходной смеси GF = 5,0 кг/с.

	Содержание низкокипящего компонента - бензола в процентах по массе:

	В исходной смеси – xF = 35%;

	В дистилляте – xD = 90%;

	В кубовом остатке – xW = 6%.

	Колонна работает под атмосферным давлением.

	Тип ректификационной колонны – тарельчатая колпачковая.

Рассчитать холодильник дистиллята для ректификационной колонны (кожухотрубчатый теплообменник), если известно, что для охлаждения используется вода, начальная температура 15 0С, конечная - 35 0С.








































СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ												4

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА РЕКТИФИКАЦИИ						5

2. ПОДБОР МАТЕРИАЛА                                                       7

3. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ		 								8

4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЫ			10

5. МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ УСТАНОВКИ							19

6. РАСЧЕТ КОЖУХОТРУБЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА					26

ЗАКЛЮЧЕНИЕ                                                                   30

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ										31











































ВВЕДЕНИЕ

        Ректификация – многократная дистилляция, проводимая таким образом, что восходящий поток пара взаимодействует с нисходящим потоком жидкости, обогащенной легколетучим компонентом. В результате массопередачи поднимающийся пар обогащается легколетучим компонентом, а стекающая жидкость труднолетучим. Ректификация заключается в противоточном взаимодействии паров, образующихся при перегонке, с жидкостью, получающейся при конденсации паров.

																    Разделение осуществляется обычно в колонных аппаратах при  многократном или непрерывном контакте фаз. При каждом контакте  из   жидкости  испаряется преимущественно низкокипящий  компонент,  которым  обогащаются  пары,  а  из паровой -  конденсируется преимущественно высококипящий  компонент,  переходящий в жидкость. В результате обмена компонентами между фазами в  конечном  счете пары представляют  собой  почти  чистый  низкокипящий  компонент.  Эти  пары выходящие из верхней части колоны после их конденсации в отдельном  аппарате дают дистиллят (верхний продукт)  и  флегму  -  жидкость, возвращающуюся  для орошения колоны и взаимодействия с поднимающимися  в  колоне  парами.  Снизу удаляется  жидкость  представляющая   собой   почти   чистый   высококипящий компонент - кубовый остаток  (нижний  продукт).  Часть  остатка  испаряют  в нижней части колоны для получения восходящего потока пара.

																      Ректификация известна  с  начала  девятнадцатого  века,  как  один  из важнейших технологических процессов главным  образом  спиртовой  и  нефтяной промышленности. В настоящее время ректификацию всё шире  применяют  в  самых различных  областях  химической  технологии,  где  выделение  компонентов  в чистом виде  имеет  весьма  важное  значение  (в  производных  органического синтеза,  изотопов,  полупроводников  и  различных  других  веществ  высокой чистоты).

																

																

																

		1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА РЕКТИФИКАЦИИ

		

		Схема ректификационной установки непрерывного действия

		1 – емкость для исходной смеси; 2 – подогреватель; 3 – колонна; 

		4 – кипятильник; 5 – дефлегматор; 6 – делитель флегмы; 7 – холодильник; 8 – сборник дистиллята; 9 – сборник кубового остатка

		Рис. 1.1.

		

Исходную смесь из емкости 1 центробежным насосом подают в теплообменник 2, где она подогревается до температуры кипения. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну 3, где состав жидкости равен составу исходной смеси xF . Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике 4. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка xW ,т. е. обеднен легколетучим компонентом. В результате массообмена с жидкостью пар обогащается легколетучим компонентом. Для более полного обогащения верхнюю часть колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом жидкостью (флегмой) состава хD, получаемой в дефлегматоре 5 путем конденсации пара, выходящего из колонны. Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения - дистиллята, который охлаждается в теплообменнике 7 и направляется в емкость 8.

Из кубовой части колонны насосом  непрерывно выводится кубовая жидкость - продукт, обогащенный труднолетучим компонентом, который охлаждается в теплообменнике 7 и направляется в емкость 9.

Таким образом, в ректификационной колонне осуществляется непрерывный неравновесный процесс разделения исходной бинарной смеси на дистиллят (с высоким содержанием легколетучего компонента) и кубовый остаток (обогащенный труднолетучим компонентом).













































2. ПОДБОР МАТЕРИАЛА



При конструировании химической аппаратуры следует применять стойкие металлические и неметаллические конструкционные материалы в заданных агрессивных средах. Материалы должны быть химически и коррозионностойкими в заданной среде при её рабочих параметрах, обладать хорошей свариваемостью и соответствующими прочностными и пластическими характеристиками в рабочих условиях, допускать холодную и горячую механическую обработку, а также иметь возможно низкую стоимость и быть недефицитными. При выполнении прочностных расчетов в первую очередь сталкиваются  с необходимостью оценки общей поверхностной коррозии выбираемого конструкционного материала, характеризующегося проницаемостью П мм/год.

Всегда нужно стремиться к выбору конструкционных материалов, характеризующихся минимальной проницаемостью.

В расчетах аппаратуры на прочность потеря по толщине материала на коррозию учитывается соответствующей прибавкой С, определяемой амортизационным сроком службы аппарата и проницаемость по формуле:

 С = ПТа= 0,1·20 = 2мм., где  П ≤ 0,1 мм/год.

С – прибавка к расчетным толщинам; П = 0,1мм/год – скорость коррозии; Та= 20лет – срок службы аппарата.

Принимаем сталь Х18Н1ОТ, для которой = 134МПа. [4]

[] - допускаемое напряжение. 

[] = η = 1·134 = 134МПа

η = 1 – поправочный коэффициент, учитывающий вид заготовки. 

     Сталь Х18Н1ОТ применяется для обечаек, днищ, фланцев, трубных решеток, болтов, шпилек, валов, патрубков штуцеров, корпусов крышек, тарелок, фланцев и других деталей сварной, кованной, литой химической аппаратуры, работающих со средами средней и повышенной стоимости в пределах t  -254 до +6000С и  неограниченным давлением.

Остальные детали, не соприкасающиеся с токсичной, коррозионной средой, изготовляются из стали ст3.

3. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

     Таблица 3.1

Данные о равновесном составе пара над жидкостью. [3]

x

y

t

P

0,00

6,47

8,91

12,72

19,23

24,97

29,93

38,04

45,39

64,51

100,00

0,00

31,49

38,82

47,82

57,76

64,43

68,59

74,21

77,52

85,04

100,00

118,7

109,51

106,82

103,71

99,44

96,23

93,99

90,85

88,96

84,72

80,2

760



По данным таблицы строим линию равновесия и диаграмму равновесия между жидкостью и паром при постоянном давлении.

Линия равновесия.



Рис. 3.1.



Диаграмма равновесия между жидкостью и паром при постоянном давлении.



Рис. 3.2.







































4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЫ



4.1. Материальный баланс 

Уравнение материального баланса.

GF = GD + GW;

GFxF = GDxD+ GWxW,

где GF , GD,, GW –производительность по исходной смеси, дистиллята и кубового остатка; XF, XD, XW – содержание легколетучего компонента в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке, массовые доли.



    Для дальнейших расчетов выразим концентрации в мольных долях.

    Исходная смесь:

,

где MБ , MУ.К. – молярная масса бензола и уксусной кислоты

     Дистиллят:



     Кубовый остаток:



Относительный мольный расход питания F:



Определим минимальное число флегмы Rmin:



y=0,68 – мольная доля бензола в паре, равновесном с жидкостью питания, определяем по рис. 3.1.

     Определим рабочее число флегмы:

R = 1,3· К+ 0,3 = 1,3· 0,501 + 0,3 = 0,951

     Уравнения рабочих линий:

а) верхней (укрепляющей) части колонны:



 б) нижней (исчерпывающей) части колонны:





4.2. Определение скорости пара и диаметра колонны.

     Средние концентрации жидкости:

а) в верхней части колонны

                 

б) в нижней части колонны:

            

     Средние концентрации пара находим по уравнению рабочих линий:

а) в верхней части колонны

		

б) в нижней части колонны

              

     Средние температуры пара определяем по диаграмме t – (x, y) рис. 3.2.

а) при y`= 0,734      t`= 91,5 0C

б) при y``= 0,317     t``= 109 0C



     Средние мольные массы и плотности пара:

     а)   

     б)   

     Средняя плотность пара в колонне:



    Температура вверху колонны при xD = 0,874 равняется tD= 81,7 0C, а в кубе – испарителе при x= 0,046 равняется t= 111,7 0C. (см. рис. 3.2.)

     Плотность уксусной кислоты при 111,7 0C ρУ.К.= 936,94 кг/м, а бензола  при 81,7 0C ρБ  =813.13 кг/м. [5]

     Принимаем среднюю плотность жидкости в колонне:



     Определяя скорость пара ω в колонне по данным принимаем расстояние между тарелками h = 300мм, С = 0,032.



Объемный расход проходящего через колонну пара при средней температуре в колонне t= (91,5 + 109)/2 = 100,25 0C

                 

где МD - молярная масса дистиллята, равная

                      MD= 0,874·78 + 0,126·60 = 75,7кг/кмоль.

     Диаметр колонны:

		

     По [2] принимаем D = 1600мм, тогда скорость пара в колонне будет:

		

	

	4.3. Гидравлический расчет колпачковой тарелки.

     Принимаем следующие размеры колпачковой тарелки:

Высота сливного порога h= 50мм.

     Диаметр патрубка принимают из ряда:	50, 75, 100, 125, 150.

     Задаемся диаметром патрубка 75мм.

     Диаметр колпачка находим из условия равенства скорости пара в газовом патрубке и в кольцевом сечении колпачка (т.е. если скорости пара равны, то равны их площади).

     Примем толщину стенки патрубка 3мм.

               	

Принимаем ширину прорези bпр=5 мм,

	       высоту прорези hпр=20 мм.		

 Количество колпачков на тарелке 

Принимаем n = 45 штук.

Длина окружности колпачка: 

Количество прорезей 

где а - расстояние между прорезями, а=4 мм

Принимаем nпр.=38















Схема колпачка.



Рис. 3.1. 

     На каждой тарелке колонны расположено по 45 колпачков, каждый из которых имеет по 38 прямоугольных прорезей размером b h= 5  20мм. Расстояние между прорезями 4мм; расстояние между тарелкой и верхним краем прорезей h= 30мм.

     Определяем скорость пара в прорезях:

               

Гидравлическое сопротивление тарелки в колонне рассчитывается по формуле: 

∆p = ∆p+ ∆p+∆p

     Сопротивление сухой тарелки:



ξ – коэффициент сопротивления колпачковой тарелки, равен 3,0;

ω - скорость пара в прорезях, м/с;

 - средняя плотность пара в колонне.

     Сопротивление вызываемого силами поверхностного натяжения:









σ=19,8·10-3 H/м

σ – поверхностное натяжение, Н/м;

d - эквивалентный диаметр отверстия

     , где f – площадь свободного сечения прорези; П – периметр прорези.

Тогда

 .

     Сопротивление столба жидкости на тарелке:



k – относительная плотность газожидкостного слоя, 0,5;

- средняя плотность жидкости в колонне, кг/м3;

l – расстояние от верхнего края прорези до конца порога, 20мм;

∆h – градиент уровня жидкости, 10мм.

     Общее сопротивление тарелки в колонне:

             ∆pобщ = 230 + 10 + 223 = 463  Н/м2



4.4. Определение числа тарелок и высоты колонны.

     На диаграмму х-у (см. рис.3.1.) наносим рабочие линии верхней и нижней части колонны и находим число теоретических тарелок. В верхней части колонны n`= 3, в нижней части колонны n``= 3, всего 6 тарелок.

     Число тарелок рассчитываем по уравнению:

                    

     Для определения среднего к.п.д. η тарелок находим коэффициент относительной летучести разделяемых компонентов,  и динамический коэффициент вязкости исходной смеси μ при средней температуре в колонне, равной 100,25 0С.

     При этой температуре давление насыщенного пара бензола 

PБ= 1344 мм.рт.ст., уксусной кислоты PУ.К.= 420 мм.рт.ст. , откуда .

	     Динамический коэффициент вязкости при 100,25 0С бензола μБ=0,26·10Па·с и уксусной кислоты μУ.К.= 0,46·10Па·с.

	Принимаем динамический коэффициент вязкости исходной смеси 

	μ = 0,36·10Па·с.

	Тогда    αμ = 3,2· 0,36 = 1,15.

	    По графику находим ηср = 0,48 [5, стр. 323].

	Длина пути жидкости на тарелке

	                     	l = D – 2b = 1600 – 2·300 = 1000 мм = 1,0 м.

	По графику находим ∆=0.03 [5, стр. 324]

	Тогда 

	η = η(1+∆)=0,48(1+0,03)= 0,5

	     Число действительных тарелок:

	в верхней части колонны

	;

	в нижней части колонны

		;

	     Общие число тарелок n = 12, с запасом nТ = 14, из них в верхней части колонны 7 и в нижней части 7 тарелок.

	     Высота тарельчатой части колонны:

, с учетом добавки на люк:



 Общее гидравлическое сопротивление тарелок:











4.5. Тепловой расчет установки.



Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре – конденсаторе:

           

     где: 

где rБ, rУ.К.- удельные теплоты конденсации бензола и уксусной кислоты при 81,7 0С.

 rБ=391 кДж/кг, rУ.К.=388 кДж/кг [5, табл. XLV, стр. 541-542]



     Расход теплоты, получаемой в кубе – испарителе от греющего пара:



Здесь тепловые потери приняты в размере 3% от полезно затрачиваемой теплоты: удельные теплоемкости взяты соответственно при tD= 81,7 0С, t= 111,7 0С, t= 93,5 0С, которые определены по рис. 3.2. [5, рис. XI, стр. 562]



     Расход теплоты в паровом подогревателе исходной смеси:

 

Здесь тепловые потери приняты в размере 5%, удельная теплоемкость исходной смеси с=2011,2 Дж/кг·К взята при средней температуре 

(93,5 + 20)/2 = 57 0С.

     Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике дистиллята:

            

где удельная теплоемкость дистиллята сD= 1885,5 Дж/кг·К взята при средней температуре (82 + 30)/2 = 56 0С.

      Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике кубового остатка:

             

где удельная теплоемкость кубового остатка с=2178,8 Дж/кг·К взята при средней температуре (111,7 + 30)/2 = 71 0С.

     Расход греющего пара, имеющего давление р=3 кгс/см2 и влажность 5%:

а) в кубе – испарителе:

                

б) в подогревателе исходной смеси:

                  



Всего: 0,74 + 0,38 = 1,12 кг/с или 4 т/ч

     Расход охлаждающей воды при нагреве её на 20 0С:

а) в дефлегматоре





б) в водяном холодильнике дистиллята





в) в водяном холодильнике кубового остатка





Всего: 0,0877 м3/с или 316 м3/час.

































































5. МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ УСТАНОВКИ



5.1.Расчет толщины обечаек.[4]

     Исполнительную толщину стенки аппарата, нагруженной внутренним избыточным давлением, рассчитывают по формуле:

                        

где p – внутреннее избыточное давление

р = ρ·g·h = 2,275·9,81·11,7 = 261,1 Па

ρ – средняя плотность пара в колонне; h – высота колонны.

     Так как среда является слабо агрессивной, то принимаем сталь Х18Н10Т, для которой = 134МПа.

С – прибавка к расчетным толщинам; С = ПТа= 0,1·20 = 2мм; П = 0,1мм/год – скорость коррозии; Та= 20лет – срок службы аппарата.

[] - допускаемое напряжение. 

[] = η = 1·134 = 134МПа

η = 1 – поправочный коэффициент, учитывающий вид заготовки. 

φ = 1 – коэффициент сварных швов.



По [4] толщину обечайки примем s = 6мм.



5.2. Расчет толщины днища и крышки.[4]

Эллиптические днище и крышка



Рис. 5.1.

Толщина стенки днища и крышки определяется по формуле:



R – радиус кривизны в вершине днища.

R = D – для эллиптических днищ с H = 0,25·D

H = 0,25·1600 = 400мм.

R = 1600мм.



	     Принимаем толщину крышки и днища равной толщине стенки 6мм.

	Длину цилиндрической отбортованной части днища по [4]  принимаем равной h1 = 50мм.

	

5.3. Расчёт изоляции колонны.[4]

     Определим необходимую толщину слоя изоляции аппарата, внутри которого температура 111,7 0С. Примем температуру окружающего воздуха t=10 0С. Изоляционный материал – совелит.

Найдем коэффициент теплоотдачи в окружающую среду лучеиспусканием и конвекцией:

α=9.74+0.07(tст- tвозд)= 9.74 + 0.07(35-10)=11.49 Вт/м2*К

tст - температура со стороны окружающей среды, tст= 35 0С;

Найдем удельный тепловой поток:

q= α(tст- tвозд)=11.49(35-10)= 287.25 Вт/м2

Принимая, что все термическое сопротивление сосредоточено в слое изоляции, можно записать:

q= la(tст- tвозд)/b 

где la= 0.098 – теплопроводность совелита,

b= la(tст- tвозд)/q = 0.098(111,7-10)/287,25 = 0,035 м

Т.к. наиболее горячая часть колонны – это куб, то для всей колонны можно принять ту же толщину изоляции.































5.4. Расчет штуцеров.[4]

     Расчет штуцеров сводится к диаметру штуцера:



ω – скорость жидкости 2м/с, скорость пара 20м/с.



Штуцер с приварным фланцем.



Рис. 5.2.

5.4.1 Штуцер для ввода исходной смеси.

VF = GF/F = 5,0/900,5 = 0,005 м3/с

где               .

По ОСТ 26-1404-76 примем штуцер с наружным диаметром_____________________________________________________________________________________________________________________________ 89мм, с условным проходом Dу=80 мм.

 5.4.2 Штуцер для ввода флегмы.







По ОСТ 26-1404-76 примем штуцер с наружным диаметром_____________________________________________________________________________________________________________________________ 45мм, с условным проходом Dу=40мм.

5.4.3 Штуцер для отвода кубового остатка.

Vw = Gw= 3,28 м3/с



     По ОСТ 26-1404-76 примем штуцер с наружным диаметром_____________________________________________________________________________________________________________________________ 57мм, с условным проходом Dу=50мм.

5.4.4 Штуцер для вывода паров дистиллята.

V=GD(R+1)/ρП

П = ' = 2,45 кг/м3 - плотность пара вверху колонны

V = 1,72(0,951+1)/2,45= 1,37м3/с



     По ОСТ 26-1404-76 примем штуцер с наружным диаметром_____________________________________________________________________________________________________________________________ 325мм, с условным проходом Dу=300мм.

5.4.5 Штуцер для ввода паров кубовой смеси.

V = GW/П

П = ″ = 2,1кг/м3  - плотность пара внизу колонны 

V=3,28/2,1=1,56 м3/с



     По ОСТ 26-1404-76 примем штуцер с наружным диаметром_____________________________________________________________________________________________________________________________ 377мм с условным проходом Dу=350мм.

           Все штуцера снабжаются плоскими приварными фланцами по ГОСТ 1255-67





Фланец штуцера

. 

Рис. 5.3.

Табл.5.1.

Список штуцеров

Назначение штуцера

Условный проход, мм

Наружный диаметр, мм

Число болтов, шт

Размер болтов

Ввод исходной смеси

80

89

8

М16

Ввод флегмы

40

45

4

М16

Вывод кубового остатка

50

57

4

М16

Вывод паров дистиллята

300

325

12

М20

Ввод паров кубовой остатка

350

377

16

М22



5.5. Расчет весовых характеристик и высоты аппарата. Расчет толщины стенки опоры и катета сварного шва, соединяющего опору с корпусом.



5.5.1. Расчет высоты аппарата. [2]

Hобщ = 3900(высота тарельчатой части) + 2000(опора) + 2800(до 1-ой тарелки) + 1600 (от последней тарелки) + 600(высота крышки) + 200(вылет штуцера) + 2·50(высота отбортовки) + 500(добавка на люк) = 11700 мм = 11,7 м  

  

Hцил= 2800 + 1090 + 3900 + 2·50 = 7890 мм = 7,89 м



Hж = n·hпор + 1.3(переливной порог) = 14·0,05 + 1,3 = 2,0 м



5.5.2. Расчет веса аппарата. [4]

Общий вес аппарата оценим путем расчета веса его частей:



Q - вес корпуса;

Q - вес жидкости в колонне;

Q - вес тарелок.

     

Вес корпуса:		Q= Q+ Q

где Qц- вес цилиндрической части корпуса;

Q- вес днища и крышки.



D – внутренний диаметр колонны;

s – толщина обечайки;

Н- высота цилиндрической части корпуса;

ρм- плотность стали, 7850кг/м3.

Q=mдн·g = 519·9,81 = 5091,39 Н

              

Вес жидкости:



V- объем днища, 2,037м3 [4]

ρж- плотность воды, 715,36кг/м3.



     Вес тарелок:



    

5.5.3 Катет сварного шва.

          

L - длина шва;

τ - допустимое напряжение материала, 80МПа.

Примем h= 5мм, т.к. катет шва технологически не может быть меньше половины наименьшей толщины свариваемых деталей.



5.5.4 Толщина стенки цилиндрической опоры:

            

- допустимое напряжения сжатия стали, 100МПа

Принимаем толщину цилиндрической опоры 6мм.















6. РАСЧЕТ КОЖУХОТРУБЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА



6.1. Тепловой и материальный расчет. [1]

     Горячий раствор в количестве GD = 1,72 кг/с охлаждается от t1н = 82˚C до t1к = 30˚С. Начальная температура воды t2Н = 15˚С, в результате охлаждения горячего раствора вода нагревается на 20˚С, конечная температура воды t2К = 35˚С. Горячая жидкость при средней температуре t1ср= 56˚С имеет следующие физико-химические характеристики: ρ1 = 840 кг/м3, λ1 = 0,14 Вт/м.К,  μ1 = 0,4078.103 Н.с/м2, с1 = 1885,5 Дж/кг.К. Вода при средней температуре t2ср = 25˚С имеет следующие физико-химические характеристики: ρ2 = 997 кг/м3, λ2 = 0,6 Вт/м.К,  μ2 = 0,894.103 Н.с/м2, с2 = 4190 Дж/кг.К.

     6.1.1. Определение тепловой нагрузки аппарата.



     6.1.2. Расход воды.



     6.1.3. Определение среднелогарифмической разности температур.

∆t = [(82-30)-(35-15)]/ln(52/20)= 34˚С

     6.1.4. Ориентировочный выбор теплообменника:

Примем ориентировочное знечение кр. Рейнольдса Re1ОР = 15000, определим соотношение n/z для труб диаметром d= 20х2мм, 25х2мм:





где n – общее число труб,

z – число ходов по трубному пространству,

d – внутренний диаметр труб.

Примем минимальное ориентировочное значение коэффициента теплопередачи, соответствующее турбулентному течению  Кор= 600Вт/м2·К. При этом ориентировочное значение поверхности теплообмена составит: 



6.2.1 Уточненный расчет поверхности теплопередачи.

Примем диаметр кожуха D = 400 мм, диаметром труб 252мм, числом ходов z = 2 и общим числом труб n = 100

n/z = 100/2 = 50.[1, стр.60]

      Реальное значение числа Рейнольдса Re1 равно:



Pr1 = 



Коэффициент теплоотдачи к воде, пренебрегая поправкой (Pr/Pr):



     Площадь сечения потока в межтрубном пространстве между перегородками Sмтр = 0,025м2, тогда:



Pr2 = 

Коэффициент теплоотдачи к жидкости, движущейся в межтрубном пространстве, составит:





     Сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений:



     Коэффициент теплопередачи:



     Требуемая поверхность теплопередачи:



Из выбранного ряда подходит теплообменник с длинной труб 4,0м и номинальной поверхностью F1 = 31,0 м2.

Рассчитаем запас по площади:





6.2.2 Гидравлическое сопротивление.

Скорость жидкости в трубах:



    Коэффициент трения равен: 

             

Е = Δ/d,  Δ = 0,2мм – высота выступов шероховатостей.

Диаметр штуцеров в распределительной камере:

dтр.ш =100мм = 0,1м

     Скорость в штуцерах:

               

     Гидравлическое сопротивление трубного пространства:



Число рядов труб m = 10, число сегментных перегородок х = 18. Диаметр штуцеров к кожуху dмтр.ш = 0,1 м, скорость потока в штуцерах

               

Скорость жидкости в наиболее узком сечении межтрубного пространства площадью Sмтр = 0,012м2 равна:



Гидравлическое сопротивление межтрубного пространства:











Длина труб теплообменника 4,0 м.

Macca теплообменника 820 кг.

Число сегментных перегородок 18 шт.
























































































ЗАКЛЮЧЕНИЕ

	      В результате курсового проекта рассчитана ректификационная колонна непрерывного действия для разделения бинарной смеси бензол - уксусная кислота, а также холодильник дистиллята (кожухотрубчатый теплообменник) для данной установки.

	     Колонна имеет диаметр 1600 мм, 45 колпачковых тарелок, высоту 11,7 м, толщину обечайки, крышки и днища 6 мм.

	    Теплообменник имеет диаметр 325 мм; 100 труб диаметром 25•2 мм, длиной 4,0 м и поверхностью теплопередачи 31,0м2.

	    К достоинствам колпачковых тарелок относятся: высокая интенсивность работы вследствие большой поверхности контакта, устойчивость работы при значительных изменениях нагрузок по газу и жидкости

	    К недостаткам относятся: высокое гидравлическое сопротивление, сложны по устройству, большие затраты металла, малая предельно допустимая скорость газа.























































СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Аристова Н. А., Ноговицына Е.В. Процессы и аппараты химической технологии. Метод. указания к выполнению и оформлению курсовых проектов; Нижнетагил. технол. ин-т (фил.) УГТУ-УПИ.- Нижний Тагил: НТИ (ф) УГТУ-УПИ, 2007. – 68 с.

Каталог: Колонные аппараты. М.: ЦИНТИНХИМНЕФТЕМАШ, 1987. 28 с.

Коган В.Б., Фридман В.М., Кафаров В.В. Равновесие между жидкостью и паром. Кн.2. М.Л.: Наука, 1966. 1426 с.

Лащинский А.А., Конструирование сварных химических аппаратов: Справочник под ред. канд. техн. наук А.Р. Толчинского Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1981. – 382 с., ил.

Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учебное пособие для вузов по ред. чл. - корр. АН России П. Г. Романкова. - 13-е изд., стереотипное. Перепечатка с издания 1987г. М.:ООО ТИД "Альянс",2006.-576с.