Проектирование ректификационной установки для разделения смеси бензол-толуол производительностью по дистилляту 3 кг/с
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
µго компонента в исходной смеси, м2/с;
- поверхностное натяжение жидкости питания, .
Физико-химические константы отнесены к средней температуре в колонне. Предварительно рассчитаем коэффициент диффузии :
В нашем случае:
=1; =0.263=0.26310-3;
=87; =614.8+63.7-15=96;
=98,35+273 = 371,35.
Коэффициент диффузии:
.
Безразмерные комплексы:
Средний к.п.д. тарелки:
что близко к найденному значению .
Число тарелок:
в верхней части колонны
в нижней части колонны
Общее число тарелок =22, с запасом =23, из них в верхней части колонны 10 и в нижней части 13 тарелок.
Высота тарельчатой колонны:
, (52)
Общее гидравлическое сопротивление тарелок:
2.5 Тепловой расчет установки
Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре-конденсаторе, находим по уравнению:
(53)
Здесь
(53 а)
где и - удельные теплоты конденсации бензола и толуола при 840С.
Расход теплоты, получаемой в кубе-испарителе от греющего пара, находим по уравнению:
(54)
Здесь тепловые потери приняты в размере 3% от полезно затрачиваемой теплоты; удельные теплоемкости взяты соответственно при , и ; температура кипения исходной смеси определена по диаграмме (Приложение 1).
Расход теплоты в паровом подогревателе исходной смеси:
(55)
Здесь тепловые потери приняты в размере 5%, удельная теплоемкость исходной смеси взяты при средней температуре (96,3+35)/2?65,60С.
Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике дистиллята:
, (56)
где удельная теплоемкость дистиллята взята при средней температуре (84+35)/2? 600С.
Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике кубового остатка:
(57)
где удельная теплоемкость кубового остатка взята при средней температуре (107,5+35)/2=71,250С.
Расход греющего пара, имеющего давление и влажность 5%:
а) в кубе-испарителе
ректификационный колонна смесь колпачковый
(58)
где =2208103 Дж/кг - удельная теплота конденсации греющего пара;
б) в подогревателе исходной смеси
Всего: 1,67 + 0,463=2,13 или 7,67.
Расход охлаждающей воды при нагреве ее на 190С:
в дефлегматоре
(59)
Расход охлаждающей воды при нагреве ее на 200С:
а) в водяном холодильнике дистиллята
б) в водяном холодильнике кубового остатка
Всего: 0,0518 или 186,62.
3. Расчёт теплообменников
.1 Подогреватель исходной смеси
Необходимо подобрать аппарат для нагревания 8,36кг/с исходной смеси от 35 до 96,3 0C с помощью насыщенного водяного пара абсолютным давлением 2 ат. Температура конденсации водяного пара Тк =119,60C.
Температурная схема при противотоке теплоносителей:
,6 119,6
96,335
? t м = 23,30C ? t б = 84,60C
Находим среднюю разность температур:
К (60)
Тепловой поток, передаваемый от греющего пара к смеси, был найден в пункте 2.5 по формуле (55): Q = 971733,88 Вт.
Определяем ориентировочную поверхность теплопередачи по выбранному значению коэффициента теплопередачи Кор=300 Вт/(м2?К), как при теплообмене от конденсирующегося пара к органической жидкости.
м2(61)
С запасом 15%: F= 1,15?Fор= 1,15?68,13 = 78,35 м2.
В качестве теплообменного аппарата может быть использован одноходовой кожухотрубчатый подогреватель исходной смеси с поверхностью теплопередачи F=81 м2,внутренним диаметром кожуха D=600 мм, числом труб 20 2 n=257, длиной труб L = 4м.
3.2 Холодильник дистиллята
Необходимо выбрать теплообменный аппарат для охлаждения 3 кг/с дистиллята от 35 0C до 84 0C водой с температурой 160C , нагревающейся до 36 0C .
Температурная схема при противотоке теплоносителей:
36
3584
? t м = 190C ? t б = 480C
Находим среднюю разность температур по формуле (60):
К
Тепловой поток, передаваемый от дистиллята к воде, был найден в пункте 2.5 по формуле (56): Q = 274397,55 Вт.
Определяем ориентировочную поверхность по формуле (61). Значение коэффициента теплопередачи Кор=250 Вт/(м2?К), как при теплообмене от жидкости к жидкости (углеводороды, масла).
м2
С запасом 10%: F= 1,1?Fор= 1,1?35,08 = 38,59 м2.
В качестве теплообменного аппарата может быть использован одноходовой кожухотрубчатый холодильник дистиллята с поверхностью теплопередачи F=40м2,внутренним диаметром кожуха D=600 мм, числом труб 25 2 n=257, длиной труб L = 2м.
3.3 Куб-испаритель
Необходимо выбрать теплообменный аппарат для получения паров смеси бензол-толуол с температурой кипения t W = 107,5 0C с помощью насыщенного водяного пара абсолютным давлением 2 ат.
Температура конденсации водяного пара T к =119,6 0C .
Температурная схема:
,6 119,6
107,5107,5
Находим среднюю разность температур:
? t ср = T k ? tW (62)
? t ср= 119,6 - 107,5 = 12,1K
Тепловой поток, передаваемый от греющего пара к смеси, был найден в пункте 2.5 по формуле (54): Qк = 3501079,53 Вт.
Определяем ориентировочную поверхность по формуле (61). Значение коэффициента теплопередачи Кор= 2000 Вт/(м2?К), как при теплообмене от конденсирующегося водяного пара к кипящей жидкости.
м2
С запасом 20%: F= 1,2?Fор = 1,2?144,67= 173,6 м2.
В кач