Теплообменник для нагрева смеси бензол-толуол

Скачать

Схема ректификационной установки. Расчет тепловой нагрузки. Ориентировочный выбор теплообменника: шестиходовый, четырехходовый, двухходовый, одноходовый. Расчет гидравлических сопротивлений. Механические расчеты узлов и деталей химических аппаратов.

Размер: 792,2 K
Тип: курсовая работа
Категория: Химия
Скачать

Другие файлы:

Теплообменник для нагрева смеси бензол-толуол
Рассмотрение основных видов теплообменных аппаратов, применяемых в химической промышленности. Описание технологической схемы установки теплообменника....

Проектирование ректификационной установки для непрерывного разделения смеси бензол-толуол
Проектирование ректификационной установки для непрерывного разделения смеси бензол-толуол под атмосферным давлением. Подробный расчет ректификационной...

Проектирование ректификационной установки для разделения смеси бензол-толуол производительностью по дистилляту 3 кг/с
Общая характеристика установки ректификационной тарельчатой колонны с колпачковыми тарелками для разделения смеси бензол-толуол под атмосферным давлен...

Расчет тарельчатой ректификационной колонны для разделения бинарной углеводородной смеси бензол-толуол
Ректификация известна с начала девятнадцатого века, как один из важнейших технологических процессов главным образом спиртовой и нефтяной промышленност...

Ректификация разделения смеси "вода - бензол"
Расчет насадочной и тарельчатой ректификационных колонн для разделения смеси "вода – бензол": геометрические размеры - диаметр и высота. Принципиальна...


Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

Задание на проектирование

Рассчитать и спроектировать теплообменник для подогрева исходной смеси перед ректификацией. Исходная смесь бензол-толуол поступает в количестве 15 тонн/час.

Состав исходной смеси 40% массовых бензола, 60% массовых толуола. Начальная температура смеси 200С, конечная равна температуре кипения. Нагрев производится водяным паром при давлении 3 атм.

ректификационный теплообменник гидравлический сопротивление

Введение

Процессы теплообмена имеют большое значение в химической, энергетической, металлургической, пищевой и других отраслях промышленности. В теплообменных аппаратах теплопередача от одной среды к другой через разделяющую их стенку обусловлена рядом факторов и является сложным процессом, который принято разделять на три элементарных вида теплообмена: теплопроводность, конвекцию и тепловое излучение. На практике эти явления не обособлены, находятся в каком-то сочетании и протекают одновременно.

Теплообменниками называют аппараты, предназначенные для передачи тепла от одних веществ к другим. Вещества, участвующие в процессе передачи тепла, называются теплоносителями. Теплоносители, имеющие более высокую температуру, чем нагревающая среда, и отдающие тепло, принято называть нагревающими агентами, а теплоносители с более низкой температурой, чем среда, от которой они воспринимают тепло, - охлаждающими агентами.

В химической промышленности применяют теплообменные аппараты различных типов и конструкций. К числу наиболее часто применяемых поверхностных теплообменников относятся кожухотрубчатые теплообменники.

В кожухотрубчатом теплообменнике одна из обменивающихся сред движется внутри труб (в трубном пространстве), а другая - в межтрубном пространстве. Однохододовые и многоходовые теплообменники могут быть вертикальными или горизонтальными. Вертикальные теплообменники более просты в эксплуатации и занимают меньшую производственную площадь. Горизонтальные теплообменники изготавливают обычно многоходовыми и работают при больших скоростях участвующих в теплообмене сред для того, чтобы свести к минимуму расслоение жидкостей вследствие разности их температур и плотностей, а также устранить образование застойных зон.

1. Схема ректификационной установки

Принципиальная схема ректификационной установки представлена на рис. 1. Исходная смесь из промежуточной емкости 9 центробежным насосом 10 подается в теплообменник 5, где подогревается до температуры кипения. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну 1 на тарелку питания, где состав жидкости равен составу исходной смеси XF.

Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике 2. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка Xw, т.е. обеднен легколетучим компонентом. В результате массообмена с жидкостью пар обогащается легколетучим компонентом. Для более полного обогащения верхнюю часть колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом жидкостью (флегмой) состав XP, которая получается в дефлегматоре 3 путем конденсации пара, выходящего из колонны. Затем жидкость направляется в делитель флегмы 4. Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения - дистиллята, который охлаждается в теплообменнике 6, и направляется в сборник дистиллята 11 при помощи насоса 10.

Из кубовой части колонны насосом 10 непрерывно выводится кубовая жидкость - продукт, обогащенный труднолетучим компонентом, который охлаждается в холодильнике остатка 7 и направляется в емкость 8.

Таким образом, в ректификационной колонне осуществляется непрерывный неравномерный процесс разделения исходной бинарной смеси на дистиллят с высоким содержанием легколетучего компонента и кубовой остаток, обогащенный труднолетучим компонентом.

2. Расчет тепловой нагрузки

Ввиду того, что в трубах нагревается бензол-толуол, а не вода и температура в трубах выше 60 0С, использую аппараты типа ТН или ТК. Принимаем для межтрубного пространства индекс «1», для трубного - «2».

Температура конденсации водяного пара tконд= 133,9 0С

Определение температуры кипения бензол-толуола.

Определение температуры кипения бензол-толуола производится при помощи диаграммы t-x, y (рис. 2).

Рис. 2

tкип= 103 0C

Температурная схема:

133,9 0С 133,9 0С

200С 940С

Дtб= 113,9 0С Дtм= 39,9 0С

Средняя разность температур:

Дtср= 70,62 0С

Средняя температура бензол-толуола: t2 = t1 - Дtср

t2 = 133,9 0С - 70,62 0С = 63,28 0С ? 63 0С

Расход бензол-толуола:

G2=15т/час

= 4,167 кг/с

Плотность смеси:

Плотности бензола и толуола при t = 630С

с1 = 836,8 кг/м3 с2 = 824,2 кг/м3

(табл. IV)

Объёмный расход смеси:

V2=G2/ =4,167/829,6=0,0050м3

Средняя удельная теплоемкость смеси (при 63 0С):

С1 = 1963,0 Дж/кг·К С2 = 1927,4 Дж/кг·К

1/С=Х1122=0,4/1963,0+0,6/1927,4 С2 =1942,9 Дж/(кг·К)

Расход теплоты на нагрев смеси:

Q = G2C2(t2k-t2H) = 4.167·1942,9·(94-20) = 599 108,782 Дж

Расход сухого греющего пара с учетом 7% потерь теплоты:

G1 = 1,07·Q/r = 1,07·599 108,782 /2171·103 = 0,295 кг/с

Где r-удельная теплота конденсации водяного пара (табл.LVII)

Ориентировочно определяем максимальную величину площади поверхности теплообмена. По табл. 4.8 минимальное значение коэффициента теплопередачи для случая теплообмена от конденсирующегося водяного пара к органическим жидкостям (подогреватели Кмин = 120 Вт/(м2·К)). При этом:

Fmax= Q/Kmin·Дtср = 599 108,782 /120·70,62 = 70,69 м2

3. Ориентировочный выбор теплообменника

Для обеспечения интенсивного теплообмена попытаемся подобрать аппарат с турбулентным режимом течения теплоносителей. Смесь направляем в трубное пространство, так как она даёт загрязнение, водяной пар - в межтрубное пространство.

В теплообменных трубах Ш25 х 2 мм холодильников по ГОСТ 15120-79 скорость течения рассола для обеспечения турбулентного режима при Re2 > 10 000 должна быть более:

Нахождение динамического коэффициента вязкости смеси при t2 = 630С

Где x1 и x2 - мольные доли компонентов смеси. Рассчитаем их:

Здесь

- динамические коэффициенты вязкости бензола и толуола при t2 = 70

0С (табл. IX) [1, с. 516]

щ2 = 0,196 м\с - скорость, необходимая для достижения турбулентного режима

Число труб Ш25 х 2 мм, обеспечивающих объёмный расход смеси бензол-толуол при Re2 = 10 000:

Условиям n < 73,689 и F < 70,69 м2 удовлетворяют согласно таблице 4.12 [1, с. 215] несколько теплообменников:

I. одноходовый теплообменник с числом труб n = 62, наружный диаметр кожуха D=325 мм;

II. двухходовый теплообменник с числом труб на один ход трубного пространства n =50 (общее число труб 100), внутренний диаметр кожуха D=400 мм;

III. четырёхходовый теплообменник с числом труб на один ход трубного пространства n =51,5 (общее число труб 206), внутренний диаметр кожуха D=600 мм;

IV. Шестиходовый теплообменник, диаметром 600 мм с числом труб на один ход трубного пространства n = 32,67 (общее число труб 196).

Вариант 1 Шестиходовый теплообменник<...