Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт

Расчет центробежного насоса

Для перекачивания исходной смеси из емкости в подогреватель, а также для перекачивания флегмы из распределителя обратно в колонну и для отвода из емкостей дистиллята и кубового остатка используют центробежные насосы.

Исходная смесь перекачивается при t = 200С из емкости в аппарат, работающий под давлением 0,1 М Па. Расход смеси 7500 кг/ч, геометрическая высота подъема смеси 20м, длина трубопровода на линии всасывания 7м, на линии нагнетания 14м. На линии всасывания установлены два прямоточных вентиля и два отвода под углом 900. На линии нагнетания установлен два прямоточных вентиля и три отвода под углом 900. Отношение радиуса изгиба к внутреннему диаметру трубопровода равно четырем. Примем скорость течения смеси для всасывающего и нагнетательного трубопроводов одинаковой и равной w = 1,5 м/с (см. [2], стр.16). Внутренний диаметр трубопровода равен

где

Определение потерь на трение и местных сопротивлений

Определяем режим течения смеси

где

=100,124=1,33мПа. с - динамический коэффициент вязкости исходной смеси при 200С (см. [1], стр.516, т. IX).

Режим течения турбулентный. Примем абсолютную шероховатость труб равной D = 2×10-4 м (трубы стальные, бывшие в эксплуатации, с незначительной коррозией, см. [2], стр.14).

Тогда относительная шероховатость труб будет равна

(см. [1] стр.22)

Определяем сумму коэффициентов местных сопротивлений:

для всасывающей линии вход в трубу (с острыми краями) x1 = 0,5

прямоточный вентиль: x2 = x× К, где К = 0,89; x = 0,79, тогда x2 = 0,79×0,89 = = 0,70 (2 шт)

Отводы: коэффициент А = 1,0, коэффициент В = 0,11, тогда x3 = 0,11 (см. [1], стр.494, табл. XIII);

Сумма коэффициентов местных сопротивлений во всасывающей линии

åx = x1 +2x2 +2x3 = 0,5+2×0,70+2×0,11 = 2,13

Потерянный напор во всасывающей линии находим по формуле:

для нагнетательной линии выход из трубы x1 = 1

вентиль прямоточный x2 = 0,79.0,89

отводы x3 = 0,11 (см. [1], стр.496, табл. XIII).

Сумма коэффициентов местных сопротивлений равна

åx = x1 +2x2 +3x3 = 1 +2.0,70 + 3 × 0,11 = 2,74

Потерянный напор в нагнетательной линии

Общие потери напора

hп = hп. вс + hп. наг = 0,48 + 0,83 = 1,31 м

Выбор насоса

Находим полный напор, развиваемый насосом

Полезная мощность, затрачиваемая на перекачивание жидкости

Мощность на валу двигателя

где h=hн ×hп ×hд = 0,6 - общий КПД насосной установки, представляющий собой произведение КПД насоса hн; КПД передачи hп и КПД двигателя hд.

По источнику [1], стр.92, табл.2.5, устанавливаем, что заданным подаче и напору, более всего соответствует центробежный насос марки X20/53, для которого при оптимальных условиях работы V = 5,5×10-3 м3/с; Н = 34,4м. Насос снабжен электродвигателем АО2-32-2, номинальной мощностью N = 13 кВт с частотой вращения вала n = 48,3 с-1.

Предельная высота всасывания.

Определяем запас напора, необходимый для исключения кавитации

Высота всасывания не должна превышать следующего значения

Нвс £ А - ht - hп. вс - hкав = 10,2 - 0,24 – 0,48 – 1,6 = 7,88м

где А=10,2(cм. [1] стр.52) - атмосферное давление, выраженное в метрах столба, перекачиваемой жидкости.

ht =0,24м - давление насыщенного пара всасываемой жидкости (см. [1], стр.69).

При установке насоса следует учитывать, что высота его расположения над уровнем жидкости в емкости не должна превышать значения Нвс.

Расчет и подбор штуцеров

Присоединение труб к химическим аппаратам бывает разъемное и неразъемное. Первое осуществляется с помощью фланцев или на резьбе, второе на сварке или пайке. Для разъемного присоединения труб, арматуры и измерительных приборов на аппаратуре обычно предусматривают штуцера (патрубки) фланцевые или резьбовые. Наиболее распространены фланцевые штуцера для присоединения труб, арматуры и приборов. Фланцевое соединение состоит из двух симметрично расположенных фланцев, уплотнительного соединения (прокладок), и крепежных элементов (болтов, шпилек, шайб или гаек). В сварной аппаратуре низкого давления фланцы обычно изготавливают из листового полосового или фасонного проката с последующей приваркой их к обечайке, к трубе и т.д. Наиболее технологичной формой изготовления фланцев является круглая форма.

Диаметры штуцеров колонны и теплообменной аппаратуры, а, следовательно, и диаметры технологических трубопроводов, определяют из уравнения расхода по допустимой скорости потоков в них.

Штуцер для подачи исходной смеси

Скорость ввода исходной смеси принимаем равной w = 2 м/с (см. [5], стр.42), тогда диаметр штуцера будет равен

где

Подбираем щтуцер по [4]. стр.659 табл.27.3

Выбираем штуцер с Dу=50 мм на ру=1,0 МПа, Нт=155 мм, материал – сталь Х18Н10Т, исполнение I, ОСТ 26-1404-76 согласно [8], стр.175.

Фланец подбираем по [4], стр.549, табл.21.9: Dу=40 мм, Dф=130 мм, Dб=100 мм, D1=80мм, dб=М12, количество болтов z=4, материал – сталь 3, исполнение I.

Штуцер для вывода пара из колонны

Скорость вывода пара из колонны принимаем равной w = 4 м/с (см. [5], стр.42), тогда

где

м3/с;

D=П(R+1) – поток пара

2,19 м3 при t2=560С

Выбираем штуцер с Dу=600 мм на ру=1,0 МПа, Нт=310 мм, материал – сталь Х18Н10Т, исполнение I, ОСТ 26-1404-76 согласно [8], стр.175.

. Фланец подбираем по [4], стр.549, табл.21.9: Dу=600 мм, Dф=635 мм, Dб=495 мм, D1=465мм, dб=М30, количество болтов z=16, материал – сталь 3, исполнение I.

Штуцер для вывода кубового остатка

Скорость вывода кубового остатка принимаем равной w = 2 м/с (см. [5], стр.42), тогда

где

Выбираем штуцер с Dу=40 мм на ру=1,0 МПа, Нт=155 мм, материал – сталь Х18Н10Т, исполнение I, ОСТ 26-1404-76 согласно [8], стр.175.

Фланец подбираем по [4], стр.549, табл.21.9: Dу=80 мм, Dф=185 мм, Dб=150 мм, D1=128мм, dб=М16, количество болтов z=4, материал – сталь 3, исполнение I.

Штуцер для подачи флегмы в колонну

Скорость подачи флегмы в колонну принимаем равной w = 2 м/с (см. [5], стр.42), тогда

где

Штуцер для подачи жидкости в кипятильник

Расчет штуцеров для подсоединения кипятильника к колонне затруднен тем, что неизвестен расход циркулирующей жидкости. Поэтому диаметр штуцера можно принять равным соответствующим штуцерам на кипятильнике. В нашем случае диаметр условного прохода штуцера на кипятильнике Dу = 200мм (см. [2], стр.55, табл.2.6). Тогда выбираем штуцер с Dу=200 мм на ру=1,0 МПа, Нт=190 мм, материал – сталь Х18Н10Т, исполнение I, ОСТ 26-1404-76 согласно [8], стр.175.

Фланец подбираем по [4], стр.549, табл.21.9: Dу=200 мм, Dф=315 мм, Dб=280 мм, D1=258мм, dб=М16, количество болтов z=8, материал – сталь 3, исполнение.1

Расчет и подбор крышки аппарата

В отличие от днищ, неразъемно соединяемых с обечайкой корпуса, крышки являются разъемными узлами аппаратов, закрывающими его корпус. Крышки в аппарате предусматривают для удобства сборки, возможности загрузки и разгрузки аппарата в процессе эксплуатации, для осмотра, ремонта и т.д.

Принимаем фланцевое эллиптическое отбортованное днище (тип 2 по ГОСТу 11972-66). Условное обозначение днища с размерами: Dвн =1800 мм, S = 10 мм, диаметр борта D = 1935мм ("Днище 2 - 1800 - 1935 ГОСТ 11972-66") согласно [4], стр.597.

Расчет и подбор днища

Составными элементами корпусов химических аппаратов являются днища, которые, как правило, органически связаны с обечайкой аппарата и изготавливаются из того же материала. Одной из наиболее рациональных форм днища в цилиндрических аппаратах является эллиптическая. Материал днища - сталь X18H10T. Днище сварное из двух частей, шов ручной электродуговой (jш = 0,9).

= D2/4H– радиус кривизны в вершине днища

Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - вода (стр. 5 из 6)