8.2 Расчет и подбор кипятильника

Тепло, подводимое в кипятильник, затрачивается на испарение дистиллята, испарение флегмы, нагревание остатка до температуры кипения, а также на компенсацию потерь тепла в окружающую среду.

В качестве кипятильника примем кожухотрубчатый испаритель с паровым пространством.

Необходимую площадь теплообмена определим по уравнению:

,

где К- коэффициент теплопередачи, принимаем [стр.47, 1], - средняя разность температур.

142.9 142.9

76.476.4

- температура насыщенного водяного пара при

- температура кипения смеси

.

Тогда

.

По ГОСТ 15121-79 выбираем испаритель одноходовой.

Его параметры:

Диаметр кожуха D, мм – 400

Поверхность теплообмена ,м² – 28

Длина труб, м – 3

Количество труб, шт. – 121

Запас площади поверхности теплообмена:%.

8.3 Расчет и подбор подогревателя сырья

Рассчитаем горизонтальный кожухотрубчатый теплообменный аппарат для нагрева 14т/ч смеси, состоящей из ацетона и этилового спирта, от температуры 18ºС до 65.1ºС.

Подогрев будит осуществляться греющим водяным насыщенным паром, который имеет абсолютное давление p=4 кгс/см². В водяном паре содержится 0.5% влаги.

,

где К – коэффициент теплопередачи, принимаем ( [1] стр.47), - средняя разность температур.

142.9142.9

65.118

- температура насыщенного водяного пара при

.

По ГОСТ 15118-79 принимаем кожухотрубчатый теплообменник .

Его параметры:

Диаметр кожуха D, мм –1000

Диаметр труб, мм –

Число ходов – 4

Число труб, шт. – 1072

Длина труб, м – 4.0

Поверхность теплообмена, - 269

Площадь сечения одного хода по трубам, м²- 0.051.

Запас площади поверхности теплообмена:%.

9. Расчёт и выбор насоса

Подобрать насос для перекачивания исходной смеси ацетон- этиловый спирт при температуре 18 °С из открытой ёмкости в аппарат, работающий под атмосферным давлением. Расход жидкости 3.89 кгс (0.00491м³/с).

Геометрическая высота подъёма жидкости:

Длина трубопровода на линии всасывания 10 м, на линии нагнетания 30 м.

Проверить возможность установки насоса на высоте 4 м над уровнем жидкости в ёмкости.

Выбор трубопровода:

Для всасывающего и нагнетательного трубопровода примем одинаковую скорость течения жидкости, равную 2 мс. Тогда диаметр равен:

,

где G- расход сырья, кг/с;

- скорость течения жидкости, примем ;

- плотность сырья при температуре 18ºС:

Тогда

.

Выбираем стальную трубу наружным диаметром 56 мм, толщиной стенки

3.5 мм [стр.16, 1]. Внутренний диаметр трубы d = 0.049 м. Фактическая скорость сырья в трубе:

.

Примем, что коррозия трубопровода незначительна.

Определение потерь на трение местные сопротивления:

,

где - вязкость сырья при 18ºС:

,

где - вязкость ацетона и этилового спирта при 18ºС:

;

;

.

Тогда

,

т.е. режим течения турбулентный. Примем абсолютную шероховатость равной =210^-4 м.

Тогда:

Далее получим:

Таким образом, в трубопроводе имеет автомодельное трение, и расчет  следует проводить по формуле:

Определим сумму коэффициентов местных сопротивлений:

сумма коэффициентов во всасывающей линии:

вход в трубу с острыми краями - ;

вентиль нормальный - ;

Тогда:

сумма коэффициентов в нагнетательной линии:

2 колена с углом 90 градусов -

выход из трубы - ;

вентиль нормальный - ;

2 колена с углом 90 градусов -

Потерянный напор во всасывающей и нагнетательной линии находим по формуле:

Общие потери напора:

h_п=h_{п вс}+h_{п наг}=3.768+8.619=12.387м.

Выбор насоса.

Находим потребный напор насоса по формуле:

.

одноступенчатыми центробежными насосами. Учитывая широкое распространение этих насосов в промышленности ввиду достаточно высокого к.п.д., компактности и удобства комбинирования с электродвигателями, выбираем для последующего рассмотрения именно эти насосы.

Полезную мощность насоса определим по формуле:

N_п=·g·Q·С ,

где - плотность жидкости, кг/м³;

g- ускорение свободного падения, м/с²;

Q- производительность, м³/с;

H- напор, м.

N_п = 792.24·9.81·0.00491·25.29 = 965.064 Вт = 0.965 кВт

Примем _пер=1 и _н=0.6 (для центробежного насоса средней производительности), найдём по формуле мощность на валу двигателя:

кВт

По таблице устанавливаем, что заданной подаче и напору более всего соответствует центробежный насос марки Х20/31, для которого при оптимальных условиях работы Q=5.5·10^-3 м³/с, Н=31 м, _н=0.55. Насос обеспечен электродвигателем ВАО-41-2 номинальной мощностью N_н=5.5 кВт, _дв=0.84. Частота вращения вала n = 48.3 с^-1.

Определение предельной высоты всасывания

Рассчитаем запас напора на кавитацию:

h_з=0.3· (Q·n²)^2/3,

где n- частота вращения вала, с^-1

h_з=0.3· (Q·n²)^2/3=0.3·(0.00491·48.3²)^2/3=1.524 м

По таблицам давлений насыщенного пара найдём, что при 18°С P_t=10605.35 Па.

Примем, что атмосферное давление равно P₁=1.0133·10⁵ Па, а диаметр всасывающего патрубка равен диаметру трубопровода. Тогда по формуле найдём:

м.

Таким образом, можно располагать насоса на высоте над уровнем жидкости в ёмкости.

10. ПОДБОР ШТУЦЕРОВ

1. Для ввода сырья в колонну

принимаем скорость сырья

- плотность при вводе сырья в колонну (при )

Принимаем штуцер по ОСТ 26 – 1404 – 76 – ОСТ26 – 1410 – 76

по табл. 10.2 [6],

D_y = 0.05м

d=0.051

Скорость на входе сырья в колонну:

2. Для отвода жидкости из куба

;

Принимаем штуцер по ОСТ 26 – 1404 – 76 – ОСТ26 – 1410 – 76 по табл. 10.2 [6]

D_y = 0.08 м

d=0.081, тогда

.

3. Для возврата флегмы в колонну

;

Принимаем штуцер по ОСТ 26 – 1404 – 76 – ОСТ26 – 1410 – 76 по табл. 10.2 [6]

D_y = 0.05м; d=0.051, тогда

4. Для ввода горячей струи в колонну

Принимаем штуцер по ОСТ 26 – 1404 – 76 – ОСТ26 – 1410 – 76 по табл. 10.2 [6] D_y = 0.5м; d=0.506

.

5. Штуцер для вывода дистиллята

Принимаем штуцер по ОСТ 26 – 1404 – 76 – ОСТ26 – 1410 – 76 по табл. 10.2 [6] с D_y = 0.4м; d=0.406,тогда

.

6. Штуцера для конденсатора принимаем по таблице 2.6 [стр. 55, 1.]

Для трубного пространства принимаем штуцер D_y =0.2м

Для межтрубного пространства принимаем штуцер D_y =0.3м

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию под ред. Ю.И. Дытнерского. -М.: Химия,1991.

2. Павлов К.Ф., Романков П.Т., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. -Л.: Химия,1987.

3. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1971.

4. Справочник химика. Т2.- М-Л: Госхимиздат, 1963

5. Коган В.Б., Фридман В.М., Кафаров В.В. Равновесие между жидкостью и паром. - М-Л: Наука, 1986.

6. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчёта химической аппаратуры .- Л.: Машиностроение, 1970.

7. Колонные аппараты. Каталог-М.:ЦИНТИхимнефтемаш, 1987.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Рис. 1 – Диаграмма y=f(x)

Рис. 2 – Диаграмма t-x,y

Размещено на Allbest.ru