Расчет ректификационной установки 2 (стр. 5 из 5)
(2.5.10)Подбираем теплообменник:
Lтруб = 1,5 м, dтруб = 20∙2 мм, Dкожуха = 273 мм, F = 6 м2.
7. В выбранном теплообменнике запас поверхности:
2.6. Расчёт ёмкости для исходной смеси и продуктов разделения.
, (2.6.1)где
G - расход жидкости, кг/с.
t = 2 часа = 2·3600 = 7200 сек - время.
r - плотность жидкости, кг/м3.
j = 0,8 - коэффициент заполнения.
1. Ёмкость для исходной смеси:
(2.6.2)2. Ёмкость для сбора дистиллята:
(2.6.3)3. Ёмкость для кубовой жидкости:
(2.6.4)3. Расчёт и выбор насоса.
Подобрать насос для перекачивания исходной смеси вода-уксусная кислота при температуре 20°С из открытой ёмкости в аппарат, работающий под избыточным давлением 0,1 МПа. Расход жидкости 2,64 кг/с.
Проверить возможность установки насоса на высоте 4 м над уровнем жидкости в ёмкости.
3.1. Выбор трубопровода
1. Для всасывающего и нагнетательного трубопровода примем одинаковую скорость течения жидкости, равную 3 м/с. Тогда диаметр равен:
(3.1.1)Выбираем стальную трубу наружным диаметром 45 мм, толщиной стенки
3,5 мм (по таблице). Внутренний диаметр трубы d = 0,038 м.
2. Фактическая скорость воды в трубе:
(3.1.2)Примем, что коррозия трубопровода незначительна.
3.2. Определение потерь на трение местные сопротивления
(3.2.1)т.е. режим течения турбулентный.
Примем абсолютную шероховатость равной D=2·10-4 м.
Тогда:
(3.2.2)Далее получим:
Таким образом, в трубопроводе имеет место смешанное трение, и расчет l следует проводить по формуле:
(3.2.3) 
2.1. Определим сумму коэффициентов местных сопротивлений:
сумма коэффициентов во всасывающей линии
åxвс = 0,5+1+1,1·2+3·0,83·0,92 = 6 (3.2.4)
сумма коэффициентов в нагнетательной линии
åxн = 0,5+1+1,1·2+2·4,8 = 13,3 (3.2.5)
2.2. Потерянный напор во всасывающей и нагнетательной линии находим по формуле:
(3.2.6) 
2.3. Общие потери напора:
hп = hп вс+hп наг = 3,7+5,62 = 9,31 м (3.2.7)
3.3. Выбор насоса.
3.1. Находим потребный напор насоса по формуле:
(3.3.1) 
Такой напор при заданной производительности обеспечивается 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.
3.2.Полезную мощность насоса определим по формуле:
Nп = r·g·Q·H = 1023·9,8·0,0264· 34,28= 9051 Вт = 9,05 кВт (3.3.2)
Примем hпер=1 и hн=0,6 (для центробежного насоса средней производительности),
3.3. Найдём мощность на валу двигателя:
кВт (3.3.3)По таблице устанавливаем, что заданной подаче и напору более всего соответствует центробежный насос марки Х20/53, для которого при оптимальных условиях работы Q=5,5·10-3 м3/с, Н=34,4 м, hн=0,5. Насос обеспечен электродвигателем АО2 -52-2 номинальной мощностью Nн =13 кВт, hдв =0,87. Частота вращения вала n = 48,3 с-1.
4. Определение предельной высоты всасывания
4.1. Рассчитаем запас напора на кавитацию:
hз = 0,3· (Q·n2)2/3 = 0,3· (0,0264·48,32)2/3 = 3,5 м (4.1)
По таблицам давлений насыщенного пара найдём, что при 20°С pt= 2,34·10-3 Па.
Примем, что атмосферное давление равно р1 = 105 Па, а диаметр всасывающего патрубка равен диаметру трубопровода.
Тогда по формуле найдём:
(4.2) 
Таким образом, расположение насоса на высоте 4 м над уровнем жидкости в ёмкости вполне возможно.
Выбираем насос:
Таблица 2. Выбор насоса для отвода кубового остатка и дистиллята.
| Qрасчетное, м3/с | Марка | Q, м3/с | Н, м | n, с-1 | hн | Электродвигатель | |
| тип | Nн,кВт | ||||||
| 1.Qкуб.ост=2,033/843,4 =2.1·10-3 | Х 8/18 | 2,4·10-3 | 11.3 | 48,3 | 0.4 | АО2-31-2 | 3 |
| 2.Qдист=0,6/897,9 ==9,0·10-4 | Х8/18 | 2,4·10-3 | 11,3 | 48,3 | 0,4 | АО2-31-2 | 3 |
5. Определение толщины тепловой изоляции.
Толщину тепловой изоляции dи находят из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции от поверхности изоляции в окружающую среду:
(5.1)где aв=9,3+0,058·tст2 - коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду, Вт/м2´К ;
tст2 - температура изоляции со стороны окружающей среды, для аппарата, работающего в закрытом помещении, tст2= 40°С ;
tст1=143,62 °С - температура изоляции со стороны аппарата. Ввиду незначительного термического сопротивления стенки аппарата по сравнению с термическим сопротивлением слоя изоляции, tст1 принимают равной температуре греющего пара tг1; tв=20°С - температура окружающей среды;
lи - коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/м·К.
- Рассчитаем толщину тепловой изоляции:
aв=9,3+0,058·40 = 11,62 Вт/м2·К (5.2)
В качестве материала для тепловой изоляции выберем совелит (85% магнезия
и 15% асбеста), имеющий коэффициент теплопроводности lи = 0,09 Вт/м·К. Тогда получим:
(5.3)6. Расчёт оптимального диаметра трубопровода.
Внутренний диаметр трубопровода круглого сечения рассчитывают по формуле:
(6.1)1. Трубопровод подачи исходной смеси из подогревателя в колонну:
Выбираем трубопровод по ГОСТу Æ 56´3.5 мм - Х18Н10Т.
Штуцер Dу - 49 мм.
2. Трубопровод подачи кубового остатка в кипятильник:
Выбираем трубопровод по ГОСТу Æ 45´3.5 мм - Х18Н10Т.
Штуцер Dу - 38 мм.
7. Трубопровод отвода оборотной воды из дефлегматора:
Выбираем трубопровод по ГОСТу Æ 76´4.0 мм - Ст3сп.
Штуцер Dу - 67 мм.
10 Трубопровод, соединяющий распределитель и колонну:
Выбираем трубопровод по ГОСТу Æ 56´3.5 мм - Х18Н10Т.
Штуцер Dу - 49 мм.
Литература
- Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии.-М.: Химия, 1995-Ч.1,2.
- Павлов К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учебное пособие для студентов химико-технологических спец. Вузов/ К.Ф. Павлов П.Г. Роменков, А.А. Носков; Под редакцией П.Г. Романкова – 10-е изд. перераб и доп.-Л.: Химия, 1987.
- Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии.-М.: Химия, 1971.
- Плановский А.Н. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии / А.Н. Плановский, П.И. Николаев.-М.: Химия, 1983.
- Плановский А.Н. Процессы и аппараты химической технологии / А.Н. Плановский, В.М. Рамм, С.З. Каган.- 5-е изд., стериотип.-М.: Химия, 1983.
- Правила и примеры выполнения технологических схем: Методические указания к курсовому проектированию по процессам и аппаратам химических и пищевых производств / Воронеж. Гос. Технолог. Акад.; Сост. А.В. Логинов, М.И. Слюсарев. – Воронеж, 1999.
- Лащинский А.А. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры: Справочник./ А.А. Лащинский, А.Р. Толчинский; Под редакцией Н.Н. Логинова. 2-е изд. перераб. и доп.-Л Машиностроение,1970.