Реферат: Расчет разделения смеси диоксан-толуол в насадочной ректификационной колонне
Примем S=16 мм.
4.2 Расчет толщина крышки и днища
Толщину стенки эллиптического днища определяют по формуле:
, (4.9)
мм.
Принимаем толщину крышки и днища равной толщине стенки = 16 мм.
4.3 Расчёт изоляции колонны
Определить необходимую толщину слоя изоляции аппарата, внутри которого температура 102 С. Изоляционный материал - совелит. Температура наружной поверхности изоляции не должна быть выше 35 С. Примем температуру окружающего воздуха tо = 20 °C и определим суммарный коэффициент теплоотдачи в окружающую среду лучеиспусканием и конвекцией по уравнению 4.71 [8]:
α = 9,74+0,07 ∙ Δt = 9,74+0,07 ∙ (35-20) = 10,79 Вт/(м2 ∙ К).
Удельный тепловой поток:
q = α ∙ (tст-to) = 10,79 ∙ (35-20) = 161,85 Вт/м2.
Принимая приближенно, что все термическое сопротивление сосредоточено в слое изоляции, можно написать:
q = K(tвн-to) = la/б ∙ (tвн-to),
откуда толщина слоя изоляции (la = 0,098 теплопроводность совелита)
б = la/q ∙ (tвн-to) = 0,098/161,85 ∙ (102-20) = 0.05 м.
Так как наиболее горячая часть колонны это куб, то для всей остальной колонны можно принять ту же толщину слоя изоляции.
4.4 Расчёт штуцеров.
Расчёт штуцеров сводится к определению диаметра штуцера по уравнению:
, (4.10)
где w - скорость, для жидкости принимаем 1,5м/с, для пара – 15 м/с.
4.4.1 Штуцер для ввода исходной смеси.
VF = GF/rF (4.11)
VF = 0,58 /790 = 7,34 ∙ 10-4 м3/с.
0,025 м = 25 мм.
По ОН26-01-34-66 примем штуцер с наружным диаметром 37мм, с условным проходом Dу=25 мм.
4.4.2 Штуцер для ввода флегмы
(4.12)
VD = GD ∙ R, (4.13)
где R = 6,6 – флегмовое число
VD = 0,278 ∙ 6,6 = 1,835 кг/с.
0,044 м = 44 мм.
По ОН26-01-34-66 примем штуцер с наружным диаметром 64 мм, с условным проходом Dу=50 мм.
4.4.3 Штуцер для отвода кубового остатка
VW = GW ∙ R, (4.14)
где R – отношение количества кубового остатка и парожидкостной смеси, принимаем её равной 2.
VW = 0,302 ∙ 2 = 0,604 кг/с.
0,025 м = 25 мм.
По ОН26-01-34-66 примем штуцер с наружным диаметром 37 мм, с условным проходом Dу=25 мм.
4.4.4 Штуцер для вывода паров дистиллята
V = G/rП (4.15)
rП = r’ = 2,95 кг/м3
G = GD ∙ (R + 1) (4.16)
G = 0,278 ∙ (6,6 + 1) = 2,113 кг/с.
V = 2,113/2,95 = 0,716 м3/с.
0,245 м = 245 мм.
По ОН26-01-34-66 примем штуцер с наружным диаметром 278 мм, с условным проходом Dу=250 мм.
4.4.5 Штуцер для ввода паров кубовой смеси
V = G/rП (4.17)
rП = r” = 2,96 кг/м3
G = GW ∙ (R+1) (4.18)
G = 0,302 ∙ (6,6+1) = 2,295 кг/с.
V = 2,295/2,96 = 0,775 м3/с.
0,255 м = 255 мм.
По ОН26-01-34-66 примем штуцер с наружным диаметром 278 мм, с условным проходом Dу=250 мм.
4.5 Емкости
Ёмкости рассчитываются на непрерывную работу в течении 2 - 8 часов. Предельные объемы емкостей находим из соотношения:
V(max) = G ∙ t(max)/p t(max) = V(max) ∙ p/G
V(min) = G ∙ t(min)/p t(min) = V(min) ∙ p/G (4.19)
G - массовый расход;
t - время работы;
р - плотность при 20 °С.
В данном случае нет необходимости в точном расчете плотности и, так как для всех жидкостей они схожи, возьмем ρ = 790 кг/м3.
1. Е1 - емкость для исходной смеси.
V(max) = 2088 ∙ 8/790 = 21 м3,
V(min) = 2088 ∙ 2/790 = 5,3 м3.
2. Е2 - емкости для кубового остатка:
V(max) = 1088 ∙ 8/790 = 11 м3,
V(min) = 1088 ∙ 2/790 = 2,8 м3.
2. Е3 - емкости для дистиллята:
V(max) = 1000 ∙ 8/790 = 10,1 м3,
V(min) = 1000 ∙ 2/790 = 2,5 м3.
Примем цилиндрические ёмкости с элептическими днищами, изготовленные из стали 12Х18H10Т:
Таблица 4.2. Ёмкости
| Ёмкость для | Длина L, м | Внутренний диаметр D, м |
Объём V, м3 |
Толщина стенки S, мм |
| исходной смеси | 4,5 | 2,4 | 20,5 | 3 |
|
дистиллята и кубового остатка |
3,5 | 2 | 9 | 3 |
1. Е1 - емкость для исходной смеси:
t = 790 ∙ 20,5/2088 = 7,75 часов.
2. Е2 - емкости для дистиллята:
t = 790 ∙ 9/1000 = 7,11 часов
2. Е3 - емкости для кубового остатка:
t = 790 ∙ 9/1088 = 6,53 часов
Все емкости с целью облегчения технического обслуживания и промывки связаны с магистралями оборотной воды и пара.
4.6 Насосы
Для перекачки кубового остатка и исходной смеси исходя из расходы и высоты, на которую подаётся жидкость, выберем насосы из таблицы соответственно под номером 1 и 2:
Таблица 4.3 Герметичные насосы типа ЦГ
| № | Наименование | Р, КВт | Подача/напор | Т жидкости, °С | Масса, кг. |
| 1. | ЦГ 6,3/20К-1,1-2 | 1,1 | 6,3 / 20 | - 50… + 100 | 70 |
| 2. | ЦГ 6,3/32К-2,2-2 | 2,2 | 6,3 / 32 | - 50… + 100 | 79 |
Насосы ЦГ применяются в химической, газовой, топливно-энергетической, фармацевтической, нефтехимической, нефтяной, пищевой, мясо-молочной, холодильной и перерабатывающей промышленности и других производствах. Эксплуатация насосов без утечек и отсутствия обслуживающего персонала позволяет использовать их при работе с высокотоксичными, ядовитыми, химически активными жидкостями и сжиженными газами. Смазка и охлаждение насосов осуществляется перекачиваемой жидкостью. Уровень защиты - взрывобезопасный.
Предназначены для перекачивания в стационарных условиях жидкостей и сжиженных газов, пары которых могут образовывать с воздухом взрывоопасные смеси. Указанные жидкости могут быть нейтральными, агрессивными и вредными всех классов с кинематической вязкостью до 40 сСт и плотностью не более 1800 кг/м3. Допускается наличие твердых неабразивных включений с массовой долей до 0,2% и размером частиц не более 0,2 мм.
Рис. 4.1 Герметичный насос типа ЦГ
Материал проточной части: 12Х18Н10Т (исп. К) или 10Х17Н13М2Т (исп. Е) или ст. 3-10 (исп. А)
Изготавливаются на одно из напряжений 380 / 660 В.
В комплект поставки насосов входят: паспорт, ЗИП и принадлежности.
Условное обозначение электронасоса на примере 1ЦГ12,5/50К-4-2-У2:
1 - порядковый номер модернизации;
ЦГ - центробежный герметичный;
12,5 - номинальная подача (м3/ч);
50 - номинальный напор (м.);
К - условное обозначение по материалу ("К" - 12Х18Н10Т, "Е" - 10Х17Н13М2Т, "А" - ст. 3-10);
4 - номинальная мощность встроенного электродвигателя (кВт);
2 - конструктивное исполнение в зависимости от температуры и давления перекачиваемой жидкости;
У - климатическое исполнение;
2 - категория размещения;
При выполнении с одним из вариантов наружного диаметра рабочего колеса, после величины напора добавляется "а" или "б".
Заключение
В процессе проделанной работы была рассчитана ректификационная установка для разделения смеси диоксан-толуол.
Были получены следующие данные:
диаметр колонны - 1200 мм;
высота колонны – 34 м;
толщина цилиндрической обечайки, элептического днища и крышки 16 мм.
Колонна состоит из 5 секций (3 в верхней части колонны и 2 в нижней) по 5 метра каждая, с расстоянием между секциями 1,215 м. В качестве перераспределитель жидкости принята тарелка ТСН-II. Жидкости подаются на тарелки ТСН-III.
Колонна насадочного типа работает в плёночном режиме.
Были выбраны в качестве насадки керамические кольца Палля размером 35х35х4, с удельной поверхностью а=165 м2/м3, свободным объём ε=0,76 м3/м3, насыпной плотность 540 кг/ м3 , dэ=0,018, числом штук в м3 18500.
Рассчитали
тепловой и механический баланс установки, построили графики и таблицы.
Список
использованной литературы
1. Касаткин А. Г., Основные процессы и. аппараты химической технологии. Изд. 9-е. М.: Химия, 1973. 750 с.
2. Справочник коксохимика. Т. 3. М.: Металлургия, 1966. 391 с.
3. Рамм В. М. Абсорбция газов. М.: Химия, 1976. 655 с.
4. Коробчанский И. Е., Кузнецов М. Д. Расчет аппаратуры для улавливания химических продуктов коксования. М.: Металлургия. 1972. 295 с.
5. Александров И. А. Ректификационные и абсорбционные аппараты. М.: Химия, 1978. 277 с.
6. Лащинский А. А., Толчинский А. Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Л.: Машиностроение, 1970. 752 с.
7. Стабников В. Н. Расчет и конструирование контактных устройств ректификационных и абсорбционных аппаратов. Киев: Техника, 1970. 208 с.
8. Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов. Л.: Химия, 1976, 552 с.
9. Бретшнайдер С. Свойства газов и жидкостей. М.— Л.: Химия, 1970. 535 с.
10. Хоблер Т. Массопередача и абсорбция. Л.: Химия, 1964. 479 с.
11. Дытнерский Ю.А., Процессы и аппараты химической технологии. 2-е изд., перераб. и дополн.- М.: Химия, 1991-496с.
12. Колонные аппараты. Каталог. М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1978. 31 с.
13. Касаткин А. Г., Дытнерский Ю. И., Кочергин Н. В. Тепло- и массоперенос. Т. 4. Минск: Наука и техника. 1966. С. 12—17.
