Литература Установка производства этанола

Q = Gy · J см 2.С охлаждающей водой Q 2=Gв·cв·tвн

3.С дистиллятом Q3 = Q у -iCM 4.С охлаждающей водой Q 4 = Q е -се -teK Потерями теплоты в окружающую среду пренебрегаем

Q₁+Q₂-Q₃+Q₄ или,Q₁-Q₃-Q₂
Подставляя значения Q_1,Q₂, Q₃,Q₄ и решая уравне­ние относительно расхода охлаждающей воды, получим
G_в= .
G_y=G_p·(R_раб++1)= ·(1,2+1)=2,882кг/с.
Скрытая теплота конденсации паровой смеси в дефлегматоре
r_см=r_a·a_p+r_в·(1-a_p),
где r_вода=2119,2·10³ Дж/кг, R_эт.=852,89·10³ Дж/кг при t_xp=78,42 .
r_см= 2119200 • 0,89 + 852890 •(1 - 0,89) = 1974565,9 Дж/кг.
Тепловая нагрузка дефлегматора:
Q = 2,882 • 1974565,9= 5690698,9 Вт.
Принимаем температуру охлаждающей воды на входе в дефлегматор 11°С, на выходе 28°С.Средняя разность температур при противоточной схеме движения теплоносителей:
Т_н =78,42 78,42 =Т_к

Так как = = 1,33 2, то _{ср =} = 58,92 .
Коэффициент теплопередачи в дефлегматоре принимаем ориентировочно равным 500 Вт/м²· К.
Площадь поверхности теплообмена дефлегматора:
F= = 322 м²
Принимаем одноходовой кожухотрубчатый конденсатор с диаметром 800мм с числом теплообенных труб 257 7 диаметром 25 × 2, с длиной труб 9000мм.
Площадь поверхности 329 м². Расположение аппарата горизонтальное.


Холодильник дистиллята
Тепловой баланс холодильника

Приход теплоты	Расход теплоты
1.С дистиллятом = Gр·ср·tхр 2=Gв · св · tвр	3. С дистиллятом 3 = Gр · ср ·tвр С охлаждающей воды 4 = Gв · св · tвк

Потерями теплоты в окружающую среду пренебрегаем,

_{1 + 2} = ₃ + ₄ или ₁ – ₃= ₄ – ₂
Подставляя в это уравнение вместо ₁ , ₂ , ₃ , ₄ выражения из теплового баланса и решая относительность расхода охлаждающей воды, получим
G_в = на охлаждение дистиллята; = 34 - температура охлаждённого дистиллята (принимаем); , - конечная и начальная температура воды (принимаем)
Средняя температура дистиллята в холодильнике = 56,21 .
Теплоёмкость дистиллята при его средней температуре
С_р = a_p · c_a + ( 1 – a_p)·c_в ,
С_a = 3184,4 ,
с_в = 4148,1 ,
При = 56,21
Тогда с_р = 0,89·3184,4 + ( 1 – 0,89) ·4148,1 = 3290,4
G_в = = 1,49
Средняя разность температур в холодильнике при противоточной схеме движения теплоносителей:
Т_н = 78,42 34,0 = Т_к

Так как;
= = 1,58 _{ср =} = 28,71
Принимаем ориентировочно значения коэффициент теплопередачи в холодильнике 800 Вт/м² ·К, тогда площадь поверхности теплообмена холодильника дистиллята
F= = 8,05 м².
Выбираем одноходовой вертикальный холодильник диаметром 325мм с числом труб 62шт (в одном ходе 31 шт)с длиной трубы 2000мм, диаметр теплообменных труб 25 2мм. Площадь поверхности 10 м².


Холодильник кубового остатка
Тепловой баланс холодильника

Приход теплоты	Расход теплоты
1 С кубовым остатком 1 = Gw · cw ·txw 2 С охлаждающей водой 2 = Gв·св·tвн	3 С охлаждающем кубовым остатком

Потерями теплоты в окружающую среду _{1 + 2} = ₃ + ₄ или ₁ – ₃= ₄ – ₂

Подставляя в это уравнение вместо ₁ , ₂ , ₃ , ₄ выражения из теплового баланса и решая относительность расхода охлаждающей воды, получим
G_в=
Где с _w теплоёмкость кубового остатка при его средней температуре t_xwc, Дж/кг К
T_ср = = = 72 .
c´_x = a_w ·c_a·c_a+ (1 – a_w)·c_a
c_a = 3352 , при t_xwcp = 72
c_в = 4190
Тогда; с´_w = 0,01 · 3352 + (1 - 0,01) · 4190 = 4181
Принимаем температуру охлаждающей воды на входе в холодильник t_вн = 11 , на выходе t_вк = 50 , тогда G_в = = 3,06
Средняя разность температур в холодильнике при противоочной схеме движения теплоносителей,
Т_н = 98,1 46,0 = Т_к
T_вк = 50 11, 0 = t_{вн
б =}48,1 _м = 35,0
Т.к
= = 1,37 2 то _cp = = 41,55
Коэффициент теплопередачи в холодильнике кубового остатка принимаем ориентировочно равным 500Вт/м² ·К. Площадь поверхности теплообмена холодильника кубового остатка:
F= = 24,11м²
Принимаем двухходовой холодильник диаметром 400мм с числом труб 100шт (в одном ходе 50 шт)с длиной трубы 4000мм, диаметр теплообменных труб 25 2мм. Площадь поверхности 31м².


Кипятильник колонны расчёт толщины изоляции
Тепловой баланс кипятильника

Приход теплоты	Расход теплоты
1 С исходной смесью 1 =Gf · cf · 2 C флегмой 2 = Gp ·Rcp · txp 3 C греющим паром 3 = Д · Jn	4 С парами, покидающими колонну 4 = Gp·(R+1)·J˝СМ 5 С кубовым остатком 5 = Gfcftxp

Д = 1.1 · -

Где 1,1 коэффициент, учитывающей потери теплоты в окружающую среду,G_{p =} - массовый расход дистиллята; энтальпия паров, Дж/кг;
= + i_см =с_{p ·} t_xp c_p=3290,4
r_см =1974565,9 t_xp = 78,42 .
Тогда

G_w = 2,3 , t_xw = 98,1
G_f = 3,61 , t_xf = 81,43 .
С_w = a_w·c_aa + (1- a_w)·c_вC=3458
С_вода = 4190
С_эт. = 3451 = 81,43
Тогда
C_f = 0,33·4190 + (1 – 0,33)·3451 = 36981,87
Расход греющего пара на обогрев куба колонны
Д = 1,1 · - = 9,19
Средняя разность температур в кипятильнике ректификационной колонны равна разности температур насыщенного пара и температуры кипения кубового остатка.
_cp = 132,9 – 98,1=34,8 .
При ориентировочно принятом коэффициенте теплопередачи К = 2000 Вт/м² ·К площадь поверхности теплообмена кипятильника колонны
F= = 286м².
Принимаем шестиходовой кожухотрубчатый испаритель диаметром 1200 мм с числом теплообменных труб 958шт, диаметром труб 25 2мм ,с длинной труб 4000мм. Площадь поверхности 301,0 м². Расположение аппарата-вертикальное.
Обозначения аппарата:
Испаритель гр. Б.ГОСТ 15122 – 79.
25Г-4Я/-4 ^F
Кипятильник ректификационной колонны обогревается греющим паром давлением 3ата, температура которого 132,9 .По санитарным нормам температура поверхности аппарата не должна превышать 40°С (с целью уменьшения потерь теплоты в окружающую среду и предотвращения ожогов при соприкосно­вение с поверхностью аппарата). Для уменьшения потерь тепло­ты в окружающую среду и снижения температуры поверхности стенки необходимо на наружную поверхность аппарата нанести слоя изоляции.
Толщину тепловой изоляции δ_u находят из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции и от поверхности изоляции в окружающую среду
α_в·(t_ст2-t_в)= t_ст1-t_ст2),
где α_в=9,3+0,058·t_ст2-коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности материала в окружающую среду,Вт/м²; t_ст2-температура изоляции со стороны окружающей среды(воздуха). Для аппаратов, работающих в закрытых помещениях, t_cm2 выбирают в интервале 35-45 °С, принимаем t_cm2 = 40°С; t_ст1- температура изоляции со стороны аппарата, ввиду незначи­тельного термического сопротивления стенки аппарата по сравнению с термическим сопротивлением слоя изоляции t_ст1 при­нимаем равной температуре греющего пара t_гп = 132,9 °С; t„ -температура окружающего воздуха, принимаем t_в = 20°С; λ_н - коэффициент теплопроводности изоляции материала, Вт/м · К.
В качестве материала для тепловой изоляции выберем совелит (85% магнезии+15% асбеста), имеющий коэффици­ент теплопроводности λ_н =0,09 Вт/м²- К. Тогда
α_в =9,3 + 0,058·40=11,6 Вт/м²·К
δ_в=
Принимаем толщину тепловой изоляции кипятильника ректификационной колонны 36 мм

3.1. Конструктивный расчёт ректификационной колонны

Технические требования на аппараты колонные стальные сварные определяются по ГОСТ 24305-80.
Под колонным аппаратом понимают вертикально стоящий аппарат с внутренним устройством для ректификации.
Ранее были определены диаметр и рабочая высота колон­ны; Д =1,2м, Н_р = 9,2м .
Общая высота колонны: Н = Н_р + Н_се„ + Н_куб, где Н_р- высота рабочей части колонны, м; Н_сеп - высота сепарационной (верхней) части колонны, м/ H_куб — высота ку­бовой части колонны, м.
Высота сепарационной и кубовой части для норма­лизованных колонн различных диаметров. Для Д = 1200 мм, Н_ис„ =0,8м, Н_куй = 2м. тогда общая вы­сота колонны Н=9,2 + 2,8 = 12 м.
В зависимости от диаметра колонны её корпус из­готовляется в царговом (на фланцах) или в цельносварном ис­полнении. Колонны диаметром до 1000 мм могут изготовляться из отдельных царг. Так как в настоящем проекте диаметр колон­ны 1200 мм, то её корпус цельносварный.
В качестве конструкционного материала для изготовления корпуса колонны и внутренних устройств выберем сталь XI7.
В качестве внутренних устройств колонны для проведения ректификации использованы решётчатые провальные тарелки (заданы) типа TP.
Основным элементом тарелки является дырчатый лист со щеле­выми отверстиями. По технической характеристике решётчатых тарелок типа TP выбираем t = 10 мм, в = 4 мм толщина листа S = 2 мм, свободное относительное сечение таре­лок F₀= 0,2 м²/м²

Рис. 9. Вид перфорации решетчатой тарелки

Решётчатые тарелки отличаются от тарелок других типов простотой, малой массой и небольшим гидравлическим сопро­тивлением. Тарелки данного типа имеют производительность в 1,5-2 раза большую, чем колпачковые тарелки, низкую металло­ёмкость. Их эффективность достаточно высока, но в узком диапа­зоне скоростей. Эти тарелки рекомендуется применять при боль­ших нагрузках колонны по жидкости.
Тарелки выполняют цельными или разборными. В данном проекте выбирают решетчатые разборные тарелки по Н964-63 Гипронефтемаша. Крепление полос тарелки (четыре полосы) толщиной S = 2 мм осуществляем на приварном к обечайке кольце и профиле жёсткости болтами или струбцинами. Для увеличения жёсткости кольца используют кронштейны приваренные к корпусу колонны и кольцу

Рис. 10. Крепление тарелки в колоне: 1-корпус колоны; 2-болг;
3-тарелка; 4-прокладка; 5-колоцо; 6-косынки
При установке тарелок в колонне обеспечивают повёрнутое на 90° положение щелей на каждой из двух смежных тарелок [35]. Горизонтальное расположение тарелок в колонне обеспечи­вается расположением кольца и необходимой затяжкой проклад­ки на кольце.
Минимальная толщина стенок корпуса аппарата зависит от диаметра аппарата и при Д = 2400 мм составляет δ = 12 мм.
На корпусе цельносварного тарельчатого аппарата преду­сматривают люки для монтажа и обслуживания тарелок. Люки располагают через каждые 5-10 тарелок. Устанавливаем 1 люк через 8 тарелок. Люки изготовляют по ОСТ 26-2000-77. Диаметр люка 600 мм. В месте установки люка расстояние между тарел­ками 800 мм. Число люков, необходимых для установки на колонне для обслуживания таре­лок п = 1шт. При этом
расстояние между тарелками вместо принятых в колонне 500 мм увеличится до 800 мм, т.е. возрастёт на 300 мм, а число увеличенных до 800 мм межтарелочных расстоя­ний для установки люков равно 1. Общее увеличение высоты ко­лонны за счёт увеличения расстояния между тарелками при уста­новке люков 300 х 1 = 300 мм. Следовательно, высота колонны станет равной: Н= 12 + 0,5 =12,3 м.
Расстояние между люками по высоте колонны 2800 мм.
В колонну подаётся питательная смесь и флегма. Для рав­номерного распределения подаваемой жидкости на тарелку и орошения последующих тарелок вместо верхней и питательной тарелки устанавливаем в колонне тарелки типа ТСН-3.
Выбираем люки с эллиптической фланцевой крышкой и шарнирным устройством типа II исполнения 2 с Д_в = 600 мм, Р_у = 0,2 МПа. Люк 1I-A-03-600 ОН 26-01-65.
Основные размеры люка: