Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Высота ректификационной колонны насадочного типа находится из уравнения:

Н_к=Ят+(т-1)р_р+Я_в+Я_н+Н_к+Н_д                                                             (3.15)

где Z=5 м – высота насадки в одной секции; n – число секций; h_р=1,215 – высота промежутков между секциями насадки, в которых устанавливают распределители жидкости, м: Z_в= 1,2 м и Z_н = 2 м – соответственно высота сепарационного пространства над насадкой и расстояние между днищем колонны и  насадкой, Н_к  - высота крышки, Н_д – высота днища.

n=(H_в + H_н)/Z,                                                                                 (3.16)

H_н =h_{э н}∙n_{т н} H_в= h_{э в}∙n_{т в}                                                        (3.17)

где H_в и H_н – высота слоя насадки в верхней и нижней частях колонны; h_{э в} и h_{э н} – эквивалентная высота насадки [8].

 ;                                             (3.18)

где  - критерий Рейнольдса [8]:

.                                                                                (3.19)

Отношение L/G в верхней и нижней частях соответственно равны:

G/L=(R+1)/R=(6,1+1)/6,6=1,15;

G/L=(R+1)/(R+F)=(6,6+1)/(6,6+2,047)=0,88.                             (3.20)

Вязкость паров для верхней и нижней частей колонны:

μ_{y в} = M’_в/(y_в М_Д / μ_{у Д} + (1 - y_в) М_Т / μ_{у Т});

μ_{y н} = M’_н/(y_н М_Д / μ_{у Д} + (1 – y_н) М_Т / μ_{у Т}),                                           (3.21)

где

y_в =(y_D + y_F)/2=(0,9+0,51)/2=0,705 кмоль / кмоль смеси;

y_н=(y_w + y_F)/2=(0,02+0,51)/2=0,265 кмоль / кмоль смеси.     (3.22)

μ_{y в} = 89,18/(0,705∙88 / 0,009 + (1 – 0,705) 92 / 0,0089)=0,009 мП∙с;

μ_{y н} = 90,94/(0,265∙88 / 0,009 + (1 – 0,265) 92 / 0,0089)=0,0089 мП∙с. 

Тогда:

;

.

Для определения m – тангенса угла наклона равновесной линии для верхней и нижней частей колонны добавим линию тренда:

Рис. 3.3. Касательные к линии равновесия

Тогда для верхней и нижней частей колонны m соответственно равно 0,83 и 1,18. Следовательно:

 м;

 м.

Высота слоя насадки для верхней и нижней частей колонны равны:

Н_в=20∙0,73=14,6 м и Н_н=15∙0,65=9,75 м.

Н=14,6+9,75=24,35 м.

Примем Н=25 м, то n=25/5=5 секций, 3 в верхней части колонны и 2 в нижней. Конечная высота ректификационной колонны равна:

Н_к=5∙5+(5-1)∙1,215+1,2+2+0,3+0,3=33,66 м. Для дальнейших расчётов примем H_К=40 м.

Гидравлическое сопротивление насадки

Гидравлическое сопротивление насадки ΔР находят по уравнению

ΔР=10^{169 ∙ U}ΔР_с.                                                                                   (3.23)

Гидравлическое сопротивление сухой неорошаемой насадки ΔР_С рассчитывают по уравнению [1]:

,                                                                                        (3.24)

где λ—коэффициент сопротивления сухой насадки, зависящий от режима движения газа в насадке.

Критерий Рейнольдса для газа в верхней и нижней частях колонны соответственно равен:

;

.                                                 (3.25)

Следовательно, режим движения турбулентный.

Для турбулентного режима коэффициент сопротивления сухой насадки в виде беспорядочно засыпанных колец Рашига находят по уравнению

λ= 16/ ².                                                                                               (3.26)

Для верхней и нижней частей колонны соответственно получим:

=16/4968^0,2 = 2,92;      = 16/5120^0,2 = 2,90.

Гидравлическое сопротивление сухой насадки в верхней и нижней частях колонны равно:

 Па;

 Па.

Плотность орошения в верхней и нижней частях колонны определим по формулам:

    U_в=L_в/(ρ_х0,785d²), U_н=L_в/(ρ_х0,785d²).                                 (3.27)

Подставив численные значения, получим:

U_в=1,853/(790∙0,785∙1,2²)=0,0021 м³/(м²∙с),

U_н=2,476/(790∙0,785∙1,2²)=0,0028 м³/(м²∙с).

Гидравлическое сопротивление орошаемой насадки в верхней и нижней частях колонны:

ΔР=10^{169∙ 0,0021}∙2545 = 5762 Па;      ΔР=10^{169∙ 0,0028}∙1744 = 5185 Па.

Общее гидравлическое сопротивление орошаемой насадки в колонне:

ΔР = ΔР_в + ΔР_н = 5762 + 5185 = 10947≈ 11 000 Па.

Тепловой расчет установки.

Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре-конденсаторе, находим по уравнению:

Q_д=G_D ∙ (1+R) ∙ r_D,                                                                               (3.28)

где r_D-удельная теплота конденсации паров в дефлегматоре, кДж/кг.

r_D=X_D ∙ r_д+(1-X_D) ∙ r_т ,                                                                          (3.29)

где r_д –и r_т –удельные теплоты конденсации диоксана и толуола при 94°С [8].

r_д = 360 кДж/кг;

r_т = 321 кДж/кг;

r_D = 0,896 ∙ 360+(1 – 0,896) ∙ 321 = 356 кДж/кг;

Q_д = 0,278 ∙ (1+6,6) ∙ 356 = 752 кВт.

     Расход теплоты, получаемой в кубе-испарителе от греющего пара, находим по уравнению:

Q_к= Q_д+ G_D ∙ С_D ∙ t_D+ G_W ∙ С_W ∙ t_W – G_F ∙ С_F ∙ t_F+Q_пот,                       (3.30)

где Q_пот приняты в размере 3% от полезно затрачиваемой теплоты; удельные теплоёмкости взяты соответственно при t_D=94°С, t_W=102°С, t_F=96°С, температура кипения исходной смеси t_F определена по t-x-y по диаграмме (рис.3.2).

С_W = (0,54 ∙ 0,019 + 0,45 ∙ (1 - 0,019)) ∙ 4190 = 1893 Дж/(кг ∙ К);

С_F = (0,53 ∙ 0,439 + 0,44 ∙ (1 - 0,439)) ∙ 4190 = 2009 Дж/(кг ∙ К);

C_D = (0,52 ∙ 0,896 + 0,44 ∙ (1 - 0,896)) ∙ 4190 = 2144 Дж/(кг ∙ К).

C_D, С_W, С_F-взяты из справочника [8].

Q_к=(752000 + 0,278 ∙ 2144 ∙ 94 + 0,302 ∙ 1893 ∙ 102 – 0,58 ∙ 1893 ∙ 96) ∙ 1,03= = 760937 Вт ≈ 761кВт.

     Расход теплоты в паровом подогревателе исходной смеси:

Q=1,05 ∙ G_F ∙ С_F ∙ (t_F–t_нач),                                                                    (3.31)

где тепловые потери приняты в размере 5%, удельная теплоёмкость исходной смеси С_F = (0,5∙ 0,439+0,42 ∙ (1-0,439)) ∙ 4190 = 1907 Дж/(кг ∙ К)

при t = (96+18)/2 =57 °С.

Q=1,05 ∙ 0,58 ∙ 1907 ∙ (96 – 18) = 90586 Вт.

Расход греющего пара, имеющего давление р_абс=4 кгс/см² и влажность 5%

а) в кубе испарителе:

G_гп=Q/(r_гп ∙ X),                                                                                        (3.34)

где r_гп=2141 ∙ 10³ Дж/кг – удельная теплота конденсации греющего пара.

 G_гп = 760937/(2141 ∙ 10³ ∙ 0,95) = 0,374 кг/с;

б) в подогревателе исходной смеси

G_гп = 90586/(2141 ∙ 10³ ∙ 0,95) = 0,045 кг/с.

Всего: 0,374 + 0,045 = 0,419 кг/с или 1,508 т/ч.

     Расход охлаждающей воды при нагреве её на 20⁰С в дефлегматоре:

V_в=Q_д/(С_в ∙ (t_кон-t_нач) ∙ ρ_в),                                                                   (3.35)

где С_в=4190 Дж/(кг ∙ К) - удельная теплота конденсации воды; ρ_в- плотность воды.

V_в=75200/(4190 ∙ 20 ∙ 1000)=0,009 м³/с или 32,4 м³/ч.
4 Механический расчет установки

Расчет толщины обечаек

Исполнительную толщину тонкостенной гладкой цилиндрической обечайки, нагруженной внешним давлением, рассчитываем по формуле:

,                                                                     (4.1)

где p_н – наружное давление, равное разности атмосферного и данного

760 - 600 = 160 мм. рт. ст. = 0,1- 0,08=0,02 МПа.

Т. к. среда является агрессивной и токсичной, то принимаем сталь 12Х18H10Т, для которой σ*=152 МПа [11],

С – прибавка к расчётным толщинам.

С = П ∙ τ,                                                                                                  (4.2)

где П – скорость коррозии или эрозии, П = 0,1мм/год, τ – срок службы аппарата, принимаем τ = 20 лет.

С = 0,1 ∙ 20 = 2 мм.

К₂=0,35 – коэффициент, определяемый по Рис. 13.1 [11].

[σ]=ησ*,                                                                                                  (4.3)

где η = 1 – поправочный коэффициент, учитывающий вид заготовки (листовой прокат).

[σ]= 1 ∙ 160=160 МПа.

мм

Примем S = 8 мм.

Для обечаек с диаметром больше 200мм должно соблюдаться условие:

(S-C)/D < 0,1                                                                                     (4.4)

(8 – 1)/1200 = 0,0058 < 0,1 - условие выполняется.

Проверим конструкцию на устойчивость по формуле:

Р_н/[p_н]+F/[F]+M/[M] 1.                                                                        (4.5)

Т. к. аппарат имеет большую высоту, то М будет на порядок больше F. Тогда выражением F/[F] пренебрегаем.

Допускаемое наружное давление находят по формуле:

.                                                                       (4.6)

Допускаемое давление из условия прочности находят по уравнению:

[p_н]_σ= 2 ∙ [σ] ∙ (S – C)/(D + S – C)                                                        (4.7)

Допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости определяют по уравнению:

,                                          (4.8)

где В₁ – меньшее из двух, вычисленных по формулам:

В₁=1; В₁= ,                                                                  (4.9)        

n_y – запас устойчивости, равный 2,4.

Допускаемый момент находят по выражению:

                                                                         (4.10)

Допускаемый изгибающий момент из условия прочности:

[М]_σ= 0,25 ∙ π ∙ D ∙ [σ] ∙ (S – C) ∙ (D + S – C)                                      (4.11)

Допускаемый изгибающий момент из условия устойчивости:

                                        (4.12)

Определим изгибающий момент.

Вес слоя насадки равен: G=9,8 ∙ V_н ∙ ρ= (3 ∙ 9 ∙ 3,14 ∙ 0,6²) ∙ 540=161514 Н.

Учитывая вес обечаек (при S=16 мм это около 80 кН), днища, крышки, распределительных тарелок, фланцев и т. д., округлим до 0,3 МН. Тогда

M=G ∙ H_к ∙ 0,215 = 0,3 ∙ 34 ∙ 0,215=2,193 МН ∙ м.

Расчёты сведём в таблицу:

Таблица 4.1. Влияние внешнего давления и момента на устойчивость

S, м	[M]σ	[M]E	[M]	M/[M]	В1	[p]E	[p]σ	[p]	Pн/[pн]	Pн/[pн]+ M/[M]
0,007	0,908	1,437	0,768	2,857	0,446	0,013	1,328	0,013	1,502	4,359
0,008	1,091	2,266	0,983	2,232	0,407	0,023	1,592	0,023	0,869	3,101
0,009	1,273	3,332	1,190	1,844	0,377	0,037	1,856	0,037	0,548	2,391
0,010	1,457	4,652	1,390	1,578	0,352	0,055	2,119	0,055	0,367	1,945
0,012	1,824	8,127	1,779	1,232	0,315	0,107	2,645	0,106	0,188	1,420
0,014	2,192	12,820	2,161	1,015	0,288	0,184	3,168	0,184	0,109	1,124
0,016	2,562	18,848	2,538	0,864	0,266	0,292	3,690	0,291	0,069	0,933

При S=16 мм условие устойчивости выполняется.

Примем S=16 мм.