Спроектировать установку непрерывного действия

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 D_у=300мм.

 

5.4.5 Штуцер для ввода паров кубовой смеси.

V = G_W/r_П

r_П = r″ = 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 D_у=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]

H_общ = 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

 

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

 

H_ж = n·h_пор + 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 Q_ц- вес цилиндрической части корпуса;

Q - вес днища и крышки.

D – внутренний диаметр колонны;

s – толщина обечайки;

Н - высота цилиндрической части корпуса;

ρ_м- плотность стали, 7850кг/м³.

Q =m_дн·g = 519·9,81 = 5091,39 Н

             

Вес жидкости:

V - объем днища, 2,037м³ [4]

ρ_ж- 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 G_D = 1,72 кг/с охлаждается от t_1н = 82˚C до t_1к = 30˚С. Начальная температура воды t_2Н = 15˚С, в результате охлаждения горячего раствора вода нагревается на 20˚С, конечная температура воды t_2К = 35˚С. Горячая жидкость при средней температуре t_1ср= 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 t_2ср = 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 Re_1ОР = 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 К_ор= 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 25 2мм, 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 S_мтр = 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:

d_тр.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 d_мтр.ш = 0,1 м, скорость потока в штуцерах

              

Скорость  жидкости в наиболее узком сечении  межтрубного пространства площадью S_мтр = 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

 

 

 

       1.  Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие _по            проектированию  Под ред. Дытнерского  Ю.И.

 

       2. Александров И.А.    Ректификационные и абсорбционные аппараты

 

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

4. 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.

5. 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.