Расчет и проектирование ректификационной установки непрерывного действия для разделения бинарной смеси бензол – хлорбензол

Истинная площадь теплообмена равна 30 м2.

 

Теплообменник имеет следующие характеристики

 

 

5. РАСЧЁТ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

 

5.1. Расчёт теплообменника для  подогрева питания

 

Расчёт теплообменника для подогрева питания (П1) до температуры кипения перед подачей в колонну от начальной температурой равной 400С (по заданию) до температуры 1110С (по t-x,y).Используем, в целях экономии энергии, тепло кубового остатка. Примем, что кубовый остаток охладится от 1260С до температуры, при которой он подаётся в сборник, примем эту температуру равной 500С. Для упрощения расчётов примем, как и ранее, что в качестве кубового остатка выходит хлорбензол.

Определим, какое количество теплоты сможет отдать кубовый остаток, при охлаждении, т.е. найдём тепловую нагрузку теплообменника.

,                                               (5.1)

где  - теплоёмкость кубового остатка при средней температуре в колонне равной 1160С.

                                         (5.2)

Определим, до какой температуры сможет нагреться питание от этого количества тепла.

,                                                    (5.3)

где СF – теплоёмкость питания:

                                                    (5.4)

                           (5.5)

                                                                       (5.6)

 

Примем противоток теплоносителей. Определим среднюю разность температур:

1260C¾¾¾>500C

1010C <¾¾¾ 400C

 

                                         (5.7-5.9)

 

 

 

 

 

 

 

Принимаем ориентировочно значение коэффициента теплопередачи для системы орг.жидкость - орг.жидкость. Кор=400. Тогда требуемая поверхность теплообмена:

                                           (5.10)

Выбираем стандартный теплообменник (табл.2.3) / 3 /(ГОСТ 15118-79):

Как видно из расчётов, питание подогревается до . Поэтому ставим ещё один теплообменник (П2).

Тепловая нагрузка:

,                                                         (5.11)

где CF – теплоёмкость питания при t=105 0C.

Тогда,

                                                          (5.12)

В качестве греющего агента примем пар, как и для обогрева кипятильника.

Тогда расход пара составит

  ;                                (5.13)

Определим среднюю разность температур:

 

1420C¾¾¾>1420C

111 0C <¾¾¾1010C

                                                             (5.14-5.16)

Кор=500 (табл2.1.) / 3 /.

Тогда требуемая поверхность теплообмена:

                                                        (5.17)

Выбираем стандартный теплообменник (табл.2.3.) / 3 /(ГОСТ 15118-79):

 

5.2. Расчёт и подбор дефлегматора (Д)

 

В качестве охлаждающего агента примем воду с начальной температурой равной 200С, которая нагревается до 550С.

Тепловая нагрузка:

,                                                                       (5.18)

где G – расход конденсирующегося пара, определяемый по уравнению:

;                                                      (5.19)

r – теплота парообразования при температуре вверху колонны.

Тогда,

                                           (5.20)

Примем, что охлаждающая вода нагревается до t=550C.

Определим среднюю разность температур:

1060C¾¾¾>1060C

550C <¾¾¾ 200C

                                                                   (5.21-5.23)

Кор=600 (табл. 2.1.) / 3 /.

Тогда требуемая поверхность теплообмена:

                                                                 (5.24)

Выбираем стандартный теплообменник (табл.2.3.) / 3 /(ГОСТ 15118-79):

 

5.3. Расчёт холодильника дистиллята(Х)

 

Дистиллят из дефлегматора, после разделения на флегму и готовый продукт, выходит при температуре конденсации, т.е. при 1160C. Для того, чтобы продукт можно было подать в приёмную ёмкость его необходимо охладить. Охладим бензол до 500C. В качестве охлаждающего агента примем воду как и для дефлегматора, т.е. с начальной температурой 200C и конечной температурой 550C.

Тепловая нагрузка:

Тогда,

                                                         (5.25)

Примем противоток.

Определим среднюю разность температур:

1160C¾¾¾>500C

550C <¾¾¾ 200C

                                                         (5.26)

Кор=300 (табл2.1) / 3 /.

Тогда требуемая поверхность теплообмена:

                                                      (5.27)

Выбираем стандартный теплообменник (табл.2.3.) / 3 /(ГОСТ 15118-79):

 

5.4. Подбор насоса и расчёт трубопровода

 

Определим потери в нагнетательной линии.

Найдём потерю давления в теплообменнике (П1).

Скорость питания в трубах теплообменника определим по формуле:

,                                                         (5.28)

где - плотность жидкости в трубах (для питания)=909,91(кг/м3).

                                          (5.29)

Значение Re:

,                                                          (5.30)

 где  - вязкость питания, смеси 2-х компонентов.

,                                    (5.31)

 где х – мольная концентрация.

                    мПа*с

                               (5.32)

Течение в трубах турбулентное.

Примем е=0.2/18=0.011.

T.к. 10/e<Re<560/e, то .

Скорость питания в штуцере теплообменника определим по формуле:

D- принимаем равным 80

Сопротивление потоку от теплообменника(П1) определим по уравнению:

                    (5.33)

    (5.34)

Определим потери в нагнетательной линии. Найдём потерю давления в теплообменнике (П2). Скорость питания в трубах теплообменника:

                                                (5.35)

                                 (5.36)

Значение Re:

                                                                  (5.37)

Т.к. е – относительная шероховатость равна .

Примем =0.2 (мм), тогда

                                     (5.38)

T.к. 10/е<Re<560/e, то                                        (5.39)

                                             (5.40)

Скорость в штуцере питания теплообменника:

                                                                   (5.41)

Из табл.2.6 / 3 / D=100(мм).

                                            (5.42)

Сопротивление потоку теплообменника:

             (5.43)

 

5.5. Выбор трубопровода

 

Примем скорость в трубопроводе 2 м/с. Тогда диаметр трубы составит:

                                                      (5.44)

Откуда,

                                              (5.45)

Выбираем трубопровод стандартного диаметра (с.16) / 3 /:

Тогда,

                                                                             (5.46)

откуда,

                                               (5.47)

При такой скорости течения жидкости значение Re:

                                                                            (5.48)

Следовательно,

                                                    (5.49)

Относительная шероховатость равна .

=0.2 (мм), тогда                                               (5.50)

                                            (5.51)

T.к. 560/е<Re, то коэффициент трения рассчитывается так:

                                                                          (5.52)

                                                          (5.53)

Местные сопротивления в трубопроводе:

Местные сопротивления в трубопроводе:

Вход:

Выход:

Вентиль:

Поворот на 900:

Потеря напора в трубопроводе:

                                                                                              (5.54)

                                                                      (5.55)

Потери напора в теплообменнике:

                                                                               (5.56)

                                                              (5.57)

Геометрическая высота подъёма жидкости hГ = 6.8 (м)

Суммарная потеря давления:

                                                   (5.58)

Выбираем насос (табл. 1, стр. 38)/ 3 / :

Х 20/18

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В результате проведённых в данной работе расчётов были рассчитаны следующие характеристики ректификационной установки:

Высота колонны 12,5 метра, диаметр колонны 1,2 метра.

Характеристики вспомогательного оборудования.

Кубовый испаритель:

Теплообменник для подогрева питания П1: 

Теплообменник для подогрева питания П2: 

Дефлегматор:

Холодильник дистиллята:

Насос:

Х 20/18

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

1. Романков П.Г. и др. Методы расчёта процессов и аппаратов химической технологии (примеры и задачи) – 1993.- 652 с.
2. Колонные аппараты: Каталог 2 – е изд. М.: ЦИНТИхимнефтемаш 1978.
3. Основные процессы и аппараты химической технологии: пособия по проектированию под ред. Ю.И. Дытнерского, 2 – е изд., перераб. и дополн. М.: Химия, 1991-496с.
4. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии – 1976.- 636 с.