Зобнина КП. Гбпоу нхтк курсовой проект тема курсового проекта
 Скачать 0.74 Mb.
|
|
1.4 Устройство и принцип работы вспомогательного оборудования Колонна ректификации  Риунок 10 - колонна ректификации Для точного разделения смесей взаимно растворимых или частично растворимых компонентов применяют ректификацию, которую проводят в аппарате, называемом ректификационной колонной. В нижней части колонны (кубе), как и при простой перегонке, кипит смесь.Пары, содержащие в основном низкокипящий компонент (НК), поднимаются вверх. С помощью специальных барботажных устройств пары соприкасаются с движущейся сверху аппарата флегмой (дистиллятом), состоящей из НК на входе в колонну. При соприкосновении паров и дистиллята происходит массообмен за счет многократной конденсации паров и испарения жидкости: из паров конденсируется преимущественно высококипящий компонент (ВК), а из жидкости испаряется в основном НК. В результате поднимающиеся пары обогащаются НК, а стекающая флегма-ВК. После вывода и конденсации паров в специальном конденсаторе, называемом дефлегматором, получают практически чистый НК, часть которого в виде флегмы используют для орошения колонны. В кубе остается кубовый остаток, содержащий в основном ВК. Дефлегматор  Рисунок 11 - дефлегматор Дефлегматоры выполняют обычно в виде вертикальных или горизонтальных коткухотрубчатых теплообменников. Чаще всего охлаждающая вода проходит по трубам, а пары движутся в межтрубном пространстве. Дефлегматоры могут быть, выносными или со стыкованными с верхом укрепляющей части ректификационной колонны. Подогреватели исходной смеси и конденсаторы готового продукта представляют собой обычные трубчатые теплообменники. 1.5 Техника безопасности при обслуживании оборудования Каждая теплообменная установка представляет собой источник повышенной опасности, так как при эксплуатации данный агрегат вырабатывает пар или воду, имеющий повышенную температуру. Стоит еще подчеркнуть, - работа теплообменника связана с повышенным давлением, что также является потенциальным источником опасности. По вышеуказанным причинам, эксплуатацию, ремонт и обслуживание данных установок следует производить согласно требованиям техники безопасности, принятой для данной отрасли. К эксплуатации и ремонту вышеуказанных агрегатов допускаются только лица, имеющие определённый опыт работы, прошедшие соответствующее обучение с проверкой качества усвоенных знаний и возраст не менее 18 лет. При установке теплообменника требуется правильно подготовить основание, а во время проведения сварочных работ обеспечить наличие заземления. Перед пуском аппарата в обязательном порядке производится проверка правильности монтажа трубопроводов и герметичности соединений. При эксплуатации теплообменника периодически проводится очистка его пластин, и проверка герметичности соединений. Промывка теплообменников производится с определённой периодичностью, несмотря на то, что в какой-то степени теплообменники способны к самоочистке. Принудительная промывка проводится по следующим причинам: Накопление малорастворимых загрязнений, которые имеют тенденцию к коксованию, что значительно затрудняет последующий процесс очистки; Профилактические работы всегда проводятся быстрее и обходятся дешевле, нежели устранение последствий; Перед ремонтом теплообменник необходимо отключить от подводящих и отводящих трубопроводов, полностью освобождают его от пара и воды, и после разрешения начальника цеха, где находится данный агрегат, приступают к его ремонту. Предварительно запирают открывающую арматуру и устанавливают предупредительные таблички. При отключении теплообменника от трубопроводов требуется тщательно соблюдать очерёдность действий, установленную для данного вида работ. О каждом этапе действий производится запись в соответствующем журнале, причём начальник смены должен лично убедиться в безопасности места работы. По окончании ремонтных работ также производится запись, убираются таблички и производятся необходимые работы для введения теплообменника в строй. Меры индивидуальной защиты при работе с уксусной кислотой. Использовать защитные очки с боковой защитой. Пользоваться средствами защиты лица. Пользоваться соответствующими защитными перчатками. Подходят перчатки химзащиты, которые испытаны в соответствии с EN 374. Проверить герметичность/непроницаемость до использования. Рекомендуется проверить химическую стойкость вышеназванных защитных перчат Рекомендуется профилактическая защита кожи (защитные кремы/мази). Средства защиты органов дыхания: аппарат защиты органов дыхания необходим при: Образование аэрозоля или тумана. Тип: E (против кислых газов, таких как двуокись серы или хлористого водорода, цветовой код: желтый). Расчётная часть Тепловой баланс Рассчитать спроектировать и подобрать стандартный кожухотрубчатый кипятильник для испарения уксусной кислоты. Расход уксусной кислоты, G1, кг/с................................................................26 Начальная температурауксусной кислоты, t1н, °С......................................110 Конечная температурауксусной кислоты, t1к, °С........................................118 Начальная температура пара, t2н , °С............................................................150 Конечная температура пара t2к, °С...............................................................120 Расчет теплообменников проводится последовательно в соответствии с общей блок-схемой. Определение тепловой нагрузки Ԛ = Ԛ1+Ԛ2, (1) Определение тепловой нагрузки в 1 зоне(нагревание) Ԛ = G1*с(t1н- t1к), (2) где G1 - расход уксусной кислоты, кг/с; с1 - удельная теплоемкость уксусной кислоты, Дж/(кг*К); t1н - начальная температура уксусной кислоты, °С; t1к - конечная температура уксусной кислоты, °С. Ԛ = 24*2432(118-100) = 1050624 Вт. Определение тепловой нагрузки во 2 зоне(испарение) Ԛ2 = G1* z1, (3) где G1 - расход уксусной кислоты, кг/с; r1 - удельная температура конденсации уксусной кислоты, Дж/(кг*К). Ԛ2 = 24*390278= 9366672 Вт. Общую тепловую нагрузку опреденим по формуле (1) Ԛ = 1050624+9366672=10417296 Вт. Расход пара определяем из уравнения теплового баланса G2=  , (4)где  - тепловая нагрузка, Вт;с2-удельная теплоемкость пара при средней температуре 135 °С, Дж/(кг*К); t2н - начальная температура пара, °С; t2к - Конечная температура пара, °С. G2 =  =157кг/с. Среднелогарифмическая разность температур в теплообменнике. Примем направление движения теплоносителей противотоком. Составим уравнение Δtср.лог. =  , (5)где t1н - начальная температура уксусной кислоты, °С; t1к - Конечная температура уксусной кислоты, °С; t2н - начальная температура пара, °С; t2к - Конечная температура пара, °С. Δtср.лог. =  = 18,9град.Ориентировачный выбор теплообменника. Решение вопроса о том, какой из теплоносителей направить в трубное пространство, определяется его давлением, коррозонной активностью, способностью загрязнять поверхности теплообмена и др. Рассматриваемый пример относится к такому случаю, когда уксусную кислоту – кубовый остаток – целесообразно направить в трубное пространство, а греющий пар – в межтрубное. Примем ориентировочное значение Reop=30000, соответствующее развитому турбулентному режиму течения в трубах. Такой режим возможен в теплообменниках, у которых число труб n, приходящееся на один ход по трубам диаметром dн=20  2 мм, равно , (6)где  - расход уксусной кислоты, кг/с;d-внутренний диаметр труб, м; Re1ор- ориентировочное значение критерия рейнольдса для трубного пространства;  - вязкость уксусной кислоты при средней температуре 109 °С, Па*с. 173.Для труб диаметром dн=25 2 мм 132.Минимальное ориентировочное значение коэффицента теплопередачи, соответствующее турбулентному течению теплоносителей в испарителе, равно Kop=500 Вт/(м2*К). при этом ориентировочное значение поверхности теплообмена составит Fop =  , ( где - тепловая нагрузка, Вт; .лог - среднелогарифмическая разность температур в теплообменнике, град; - ориентировочное значение коэффицента теплопередачи, Вт/(м2*К).Fop =  = 1102м2.Данная поверхность теплообмена является слишком большой для стандартного теплообменника, поэтому принимаем количество теплообменников 2 штуки и расходы теплоносителей также делим на 2 . В соответствии со справочными данными, поверхность, близкую к половине ориентировочной, имеет испаритель с диаметром кожуха 1200 мм и диаметром труб 20*2мм Проводим уточненный расчет D=1200мм, dн=20 2мм, z=6 n/z=1544/6=258.Определим критерий Рейнольдса Re1 =  , (8)где G2 - расход уксусной кислоты, кг/с;  - внутренний диаметр трубок, м; -общее число труб, шт;z - число ходов, шт;  - вязкость уксусной кислоты, Па*с.Re1=  = 8080.Определим критерий Прандтля Pr1 =  , (9)где  - теплопроводность уксусной кислоты при средней температуре 109 °С, Дж/(кг*К) удельная теплоемкость уксусной кислоты при средней температуре 109 °С, Дж/(кг*К); - вязкость уксусной кислоты при средней температуре 109 °С, Па*с.Pr1=  =6,5.В соответствии с формулой, коэффициент теплоотдачи к жидкости, движущийся по трубам турбулентно, равен  λ/d)*0.023*Re0.8*Pr0.4, (10)где  - теплопроводность уксусной кислоты при средней температуре 109 °С, Дж/(кг*К) - внутренний диаметр трубок, м;Re2 - критерий Рейнольдса для трубного пространства; Pr2- критерий Прандтля для трубного пространства.  0,023* .Минимальное сечение потока в межтрубном пространстве Sмтр = 0,164м2. Определим критерий Рейнольдса для межтрубного пространства Re2 =  , ( где G1 - расход пара, кг/с; н - наружный диаметр трубок, м; - минимальное сечение потока в межтрубном пространстве, м2 - вязкость пара, при средней температуре 135 °С, Па*с.Re2 =  = 718443.Определим критерий Прандтля для межтрубного пространства Pr2 =  , (12)Pr2 =  = 1,22.В соответствии с формулой коэффициент теплоотдачи к пару составит  0,24* , (13) 0,24* .Поскольку кубовый остаток – органическая жидкость, в соответствии примем термические сопротивления загрязнений равными rз1=rз2=1/5800 м2/Вт. Повышенная коррозионная активность кубовой жидкости диктует выбор в качестве материала труб нержавеющей стали. Теплопроводность нержавеющей стали  =17,5 Вт/(м*К). сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений равна =  +  + = 0,000458м2*Вт. ( Коэффициент теплопередачи равен К =  1/ , ( где  - коэффициент теплоотдачи к пару, ; - коэффициент теплоотдачи куксусной кислоте, ; - сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений, м2*Вт.К = 1/  .Требуемая поверхность составляет Fпр =  , (16)где - тепловая нагрузка, Вт; лог-среднелогарифмическая разность температур в теплообменнике, град; - ориентировочное значение коэффициента теплопередачи, Вт/(м2*К).Fпр =  =840м2.Следует, что из выбранного ряда подходит теплообменник с трубами длиной L=9,0м и номинальной поверхностью FIk=876м2 в количестве 2 шт. При этом запас Δ =  , (17)где  - номинальная поверхность теплообмена , м2; - требуемая поверхность теплообмена, м2;Δ =  =4,2%.Масса теплообменника МIk=18900 кг. |