Расчет стоимости ректификационной установки (стр. 1 из 3)
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
"Ярославский государственный технический университет"
Кафедра "Химических технологий органических веществ"
РАСЧЕТ СТОИМОСТИ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ УСТАНОВКИ
Курсовой проект по дисциплине
"Инженерное оформление ХТП"
вариант № 16
Работу выполнил:
студент группы ЗЭУХ–48а
__________ И.А. Монахова
_____/___________200__ г.
2008
Реферат
ректификация, колонна, многокомпонентная смесь, материальный баланс, теплообменные аппараты, насосы, стоимость
Объектом исследования является процесс разделения многокомпонентной смеси, включающей в себя: пропан, n–бутан, n–пентан, n–гексан.
Цель проекта — расчет параметров технологического оборудования ректификационной установки и ее стоимости.
В результате проекта произведен расчет составляющих ректификационной установки, выбраны стандартные аппараты, произведен расчет стоимости ректификационной установки.
СОДЕРЖАНИЕ
1 Расчет материального баланса
2 Расчет технологического оборудования
3.2 Расчет стоимости аппарата Н–2
3.3 Расчет стоимости аппарата Т–3
3.4 Расчет стоимости аппарата К–4
3.5 Расчет стоимости аппарата Т–5
3.6 Расчет стоимости аппарата Е–6
3.7 Расчет стоимости аппарата Н–7
3.8 Расчет стоимости аппарата Т–8
3.9 Расчет стоимости аппарата Н–9
3.10 Расчет суммарных затрат на энергию
3.11 Расчет полных капитальных затрат
3.12 Расчет амортизационных отчислений
3.13 Расчет суммарных годовых затрат
1. Расчет материального баланса
Для составления материального баланса зададимся составом питания (составом исходной смеси) и содержанием ключевых компонентов в дистилляте и кубовом остатке. В таблице 1 представлены исходные данные.
Таблица 1 — Исходные данные
| Наименование | Ед. изм | Значение | А | В | С |
| Содержание в исходной смеси: 1. Пропан (л.к.к.) 2. n–Бутан (т.к.к.) 3. n–Пентан 4. n–Гексан | Масс. доля | 0,2 0,3 0,1 0,4 | 15,7260 15,6782 15,8333 15,8366 | 1872,46 2154,90 2477,07 2697,55 | –25,16 –34,42 –39,94 –48,78 |
| Расход исходной смеси | кг/ч | 30000 | |||
| Содержание л.к.к. в кубе | кмоль/ч | 2 | |||
| Содержание т.к.к. в дистилляте | кмоль/ч | 2 |
Номер легкого ключевого компонента — 1;
Номер тяжелого ключевого компонента — 2.
По полученным данным составляем материальный баланс процесса и сводим его в таблицу 2.
Таблица 2 — Материальный баланс
| Компонент | мол. масса | F | D | W | |||||||||
| Gi кг/час | масс. доля | Vi кмоль/ час | мол. доля | Gi кг/час | масс. доля | Vi кмоль/ час | мол. доля | Gi кг/час | масс. доля | Vi кмоль/ час | мол. доля | ||
| Пропан (л.к.к.) | 44 | 6000 | 0,2 | 136,36 | 0,2885 | 5912 | 0,9808 | 134,36 | 0,9853 | 88 | 0,0037 | 2,00 | 0,0059 |
| n-Бутан (т.к.к.) | 58 | 9000 | 0,3 | 155,17 | 0,3282 | 116 | 0,0192 | 2,00 | 0,0147 | 8884 | 0,3706 | 153,17 | 0,4554 |
| n-Пентан | 72 | 3000 | 0,1 | 41,67 | 0,0881 | 0 | 0,0000 | 0,00 | 0,0000 | 3000 | 0,1251 | 41,67 | 0,1239 |
| n-Гексан | 86 | 12000 | 0,4 | 139,53 | 0,2952 | 0 | 0,0000 | 0,00 | 0,0000 | 12000 | 0,5006 | 139,53 | 0,4148 |
| ИТОГО | 30000 | 1,0 | 472,74 | 1,0000 | 6028 | 1,0000 | 136,36 | 1,0000 | 23972 | 1,0000 | 336,37 | 1,0000 | |
На рисунке 1 представлена технологическая схема ректификационной установки.
Рисунок 1 — Технологическая схема ректификационной установки
2. Расчет технологического оборудования
2.1 Расчет аппарата Е–1
Аппарат Е–1 представляет собой емкость, которая предназначена для сбора и временного хранения исходной смеси.
Определяем требуемую вместимость емкости:
V = ,
где G — массовый расход жидкости (питания установки), кг/ч;
τ — время пребывания жидкости в емкости, ч;
ρсм — плотность смеси (по питанию), кг/м3;
K — коэффициент заполнения емкости.
Сырье на ректификационную установку приходит с температурой 20 ОС. При данной температуре определяем плотность жидкости по формуле:
ρсм = ∑ ρi ∙ xiF,
где ρi — плотность i-го компонента смеси, кг/м3;
xiF — массовая доля i-го компонента смеси в питании.
ρсм = 582,00∙0,20 + 579,00∙0,30 + 626,00∙0,10 + 659,00∙0,40 = 616,30 кг/м3.
G = 30000 кг/ч;
τ = 1,5 ч;
K = 0,75.
Требуемый объем емкости составит:
V = = 97,3552 м3.
К установке принимаем емкость по ГОСТ 9931–79, типа ГЭЭ, с характеристиками:
-Вместимость — 100 м3;
-Диаметр — 3000 мм;
-Длина — 13945 мм;
-Масса — 15740 кг;
-Количество — 1 шт.
2.2 Расчет аппарата Н–2
Аппарат Н–2 — насос — предназначен для подачи сырья ректификационной установки в качестве питания на ректификационную колонну К–4 через теплообменник Т–3.
Подбор насоса производим по объемной скорости подачи смеси и напору.
Объемную скорость подачи смеси определяем по формуле:
Q = , м3/ч,
где G — массовый расход жидкости, кг/ч;
ρсм — плотность смеси, кг/м3;
Q = = 48,6776.
Определяем развиваемый насосом напор:
H = + Hг +Δh,
где Р1 — давление в аппарате из которого перекачивается жидкость, Па;
Р2 — давление в аппарате, в который перекачивается жидкость, Па;
Нг — геометрическая высота подъема жидкости, м;
Δh — потери напора, м.
Р1 = 312382 Па; Р2 = 2008009 Па; Нг = 8,5 м; Δh = 7м;
H = + 8,5 +7 = 296,2449 м.
К установке принимаем насос согласно ТУ 26–06–1258–80, тип 5Н–5×4, с характеристиками:
-Производительность — 98 м3/ч;
-Напор — 320 м. ст. ж.;
-Частота вращения двигателя — 2950 об/м;
-Мощность — 236 кВт;
-Количество — 2 шт. (один насос в резерве).
2.3 Расчет аппарата Т–3
Теплообменник Т–3 (пароподогреватель) предназначен для подогрева исходной смеси ректификационной установки водяным паром до необходимой температуры.
Необходимо определить тепловую нагрузку, по формуле:
Q = ∑ Gi ∙ ci ∙ (tF – 20) / 3600, кВт,
где Gi — содержание в питании i-го компонента;
ci — теплоемкость i-го компонента (табличные данные), кДж/кг;
tF — температура питания колонны, ОС.
Q = (6000∙2,65∙(107,25 – 20) + 9000∙2,6∙(107,25 – 20) +
+ 3000∙2,4∙(107,25 – 20) + 12000∙2,51∙(107,25 – 20)) / 3600 =
= 1301,902 кВт.
В качестве теплоносителя принимаем водяной пар с параметрами:
-Температура — 132,9 ОС;
-Давление — 0,3 МПа;
-Теплота конденсации — 2171 кДж/кг.
Температурная схема потоков в аппарате выглядит следующим образом (рисунок 2):
Рисунок 2 — Температурная схема потоков в аппарате Т–3
Средняя разность температур в теплообменнике можно определить по формуле:
Δtср = ,
где Δtб — большая разность температур в теплообменнике, ОС;
Δtм — меньшая разность температур в теплообменнике, ОС.
Δtб = 112,9 ОС; Δtм = 25,65 ОС.
Подставив данные в формулу, получим среднюю разность температур в теплообменнике:
Δtср = = 58,8748 ОС.
Расход пара определим по формуле:
Gпара = ,
где Q — тепловая нагрузка на аппарат, кВт;
rпара — теплота конденсации водяного пара, кДж/кг.
Gпара = = 0,5997 кг/с.
Необходимая поверхность теплопередачи определяется по формуле:
F = , м2,
где Q — тепловая нагрузка, кВт;
К — коэффициент теплопередачи (справочные данные), Вт/м2∙ОС, К = 250;
Δtср — средняя разность температур теплообменника, ОС.
F = = 44,2261 м2.
В соответствии с полученным значением поверхности теплопередачи, принимаем к установке теплообменник по ГОСТ 15122–79, тип ТН, с характеристиками:
-Поверхность теплообмена — 47 м2;
-Длина трубок — 6,0 м;
-Диаметр трубок — 25×2 мм;
-Число ходов — 2;
-Количество трубок — 100;
-Диаметр кожуха — 400 мм;
-Количество — 1шт.
2.4 Расчет аппарата К–4
Для ректификационной колонны необходимо выбрать режим работы колонны. Выбор режима работы колонны сводится к определению температуры и давления в колонне.
TD — температура верха колонны. Задаемся этой температурой, TD = 60 ОС = 333 К.