Расчет вспомогательного оборудования

3.2 Расчет вспомогательного оборудования

3.2.1 Расчет флорентины

На стадиях отдувки скипидара от сора острым паром и при уваривании канифоли на канифолеварочных колоннах с помощью острого пара и конденсоторов-холодильников выходит конденсат, состоящий из воды и скипидара. Для разделения их используют делительный аппарат, называемый флорентиной. Принцип действия его основан на разделении двух взаимонерастворимых жидкостей с различной плотностью.

Флорентина по технологии установлена на стадии плавления живицы для улавливания и разделения скипидара и воды на стадии уваривания канифоли. Режим работы: Р=100 кПа, t=30…40 ⁰С.

Принцип работы основан на законе гидростатики, который описывается уравнением Эйлера, согласно которому следует, что уровень двух взаимонерастворимых жидкостей в сообщающихся сосудах обратно пропорционален их плотностям:

h₁: h₂=ρ₁: ρ_2, (3.16)

 

где h₁,h₂ –высота столбов жидкости, т.е.скипидара и воды,м;ρ₁, ρ₂ –плотность скипидара и воды,кг/м³.

Плотность скипидара ρ₁ можно принять за 860 кг/м³, воды ρ₂=1000 кг/м³. Принимаем время отстаивания за 1 час. Из материального баланса определяем объем воды и скипидара, отгоняемых от сора в друк-фильтре острым паром. Допустим, что отогналось скипидара В, кг/ч, и на отдувание ушло Г, кг/ч, паров воды, тогда объем скипидара, м³/ч:

V_ск=В/860,  (3.17)

V_ск=212.17/860=0.247

объем воды, м³/ч:

V_в=Г/1000  (3.18)

V_в=212.17/1000=0.212

Общий объем флорентины, м³/ч,составит:

V_ф=1.2∙(V_ск+ V_в), (3.19)

где 1.2-коэффициент запаса объема.

V_ф=1.2∙(0.247+ 0.212)=0.551 м³/ч

Высоту флорентины примем за Н_ф=2D_ф (D_ф-диаметр флорентины), тогда

V_ф=π∙D³_ф/2, (3.20)

D_ф= √2∙V_ф/π (3.21)

D_ф= √2∙0,551/3.14=0.705 м

Н_ф=2∙0.705=1.41 м

Высота слоя скипидара:

h₁=4V_ск/π∙D²_ф (3.22) h₁=4∙0.247/3.14∙0.705²=0.633 м

Высота слоя воды:

h₂= h₁·(ρ₂: ρ₁)(3.23)

h₂= 0.633·(1000: 860)=0.736 м

Общая высота слоя жидкости во флоренитне составит, на котором и будет отвод скипидара:

h₁+h₂=0.633+0.736=1.369 м

Уровень слива трубки для воды:

h₁/(h₁-x)=ρ₂/ ρ₁ (3.24)

х= h₁·(ρ₂- ρ₁)/ρ₂ (3.25)

х= 0.633·(1000- 860)/1000=0.089 м

Хотя скипидар и вода считаются практически взаимонерастворимыми жидкостями, но они способны эмульгировать друг в друге в количестве до 1.5…2.0%. Но даже при незначительном количестве влаги в скипидаре он мутнеет, что делает его нетовароспособным продуктом. Поэтому весь скипидар, поступающий из флорентины после конденсатора –холодильника канифолеварочной колонны, перед затариванием его в емкости подвергают сушке.

3.2.2 Расчет дефлегматора

Дефлегматор предназначен для теплообмена между паром и жидкостью. Из канифолеварочной колонны поступает в дефлегматор G=1754 кг смеси скипидар-вода (877 кг скипидара и столько же воды).

В дефлегматоре конденсируется 5% от общего количества смеси. Количество сконденсированного скипидара G_ск и G_в составит:

G_ск=G_в=G∙0.05/2 (3.26)

G_ск=G_в=877∙0.05/2=22 кг

Тепловая нагрузка конденсации скипидара и воды Q составит:

Q=G_ск∙Г_ск+ G_в∙Г_в, (3.27)

где Г_ск и Г_в- тепловые конденсации скипидара и воды соответственно, ккал/кг.

Q=22∙68.5+ 22∙639.7=15580.4 ккал/кг

Средняя разность температур теплоносителей Δt_ср, ⁰С составит:

Δt_м=66 ⁰С Δt_б=81⁰С

Δt_ср=(Δt_м+ Δt_б)/2, (3.28)

где Δt_м и Δt_б – температурные напоры на концах аппарата, ⁰С.

Δt_ср=(66+ 81)/2=73.5 ⁰С

Необходимая площадь поверхности теплообмена дефлегматора F_к, м² составит:

F_к=Q/k∙Δt_ср, (3.29)

где k-коэффициент теплопередачи, Вт/м²∙⁰С.

F_к=15580.4∙4190/115∙73.5∙3600=2.12 м²

По ГОСТ 15120-79 выбираем теплообменник с площадью поверхности теплообмена 2.5 м², общим числом труб 17, длиной труб 2.5 м и диаметром кожуха 149 мм.

3.2.3 Расчет холодильника-конденсатора

В холодильнике-конденсаторе канифолеварочной колонны конденсируется 95% смесь вода-скипидар, выходящая из колонны в количестве 1754 кг, с последующим охлаждением до 30 ⁰С. Количество сконденсированного и охлажденного скипидара G_ск и G_в составит:

G_ск=G_в=G∙0.95/2 (3.30)

G_ск=G_в=1754∙0.95/2=833.2 кг

Тепловая нагрузка конденсации скипидара и воды Q, кал/ч рассчитывается по формуле (3.27.) и составляет:

Q=833.2∙68.5+ 833.2∙639.7=590072.04 ккал/кг

Средняя разность температур теплоносителей Δt_ср, ⁰С по формуле (3.28.) составит:

 

Δt_м=66 ⁰С Δt_б=81⁰С

Δt_ср=(66+ 81)/2=73.5 ⁰С

Необходимая площадь поверхности конденсации F_к, м² по формуле (3.29.) составит:

F_к=590072.04∙4190/115∙73.5∙3600=82.25 м²

Тепловая нагрузка охлаждения скипидара и воды, Q_к составит:

Q =(G_ск∙С_ск + G_в∙С_в)∙(t₂ –t₁), (3.31.)

где t₂ и t₁-начальная и конечная температуры воды и скипидара соответственно, ⁰С; С_ск и С_в-теплоемкость скипидара и воды соответственно, ккал/ч∙⁰С.

Q =(877∙0.42 + 877∙1)∙(106 –30)=94645.84 ккал/ч

Средняя разность температур теплоносителей Δt_ср, ⁰С по формуле составит:

Δt_м=66 ⁰С Δt_б=5⁰С

Δt_ср= Δt_б - Δt_м /2.3∙lg(66/5)=23.7 ⁰С

Необходимая площадь поверхности охлаждения F_ох, м² по формуле (3.29) составит:

F_ох=94645.84∙4190/115∙23.7∙3600=40.42 м²

Общая площадь холодильника-конденсатора F, м² составит:

F=F_к+F_ох (3.32.)

F=40.42+82.25=122.67 м²

По ГОСТ 15122-79 выбираем двухходовый теплообменник с площадью поверхности теплообмена 127 м², общим числом труб 404, длиной 4.0 м, диаметром кожуха 800 мм.

Заключение

В ходе выполнения курсового проекта были определены основные геометрические размеры канифолеварочной колонны: тарелки – ситчатые и колпачковые, число тарелок 15, высота колонны 8.9 м, диаметр колонны 0.8 м.

Кроме этого был произведён расчёт и выбор вспомогательного оборудования: дефлегматор, флорентина. Также произведён расчёт холодильника- конденсатора. Было выбрано 2 кожухотрубчатых теплообменника:

1)с диаметром кожуха 149 мм, общим числом труб 17, длиной труб 2.5 м, поверхностью 2.5 м²;

2)с диаметром кожуха 600 мм, общим числом труб 368, длиной труб 2.5 м, поверхностью 70 м².

Было совершено ознакомление с последними достижениями в области данного производства и перспективы его развития.

Список использованных источников

1..Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. – М.: «Химия», 1991 г.

2.Елкин В.А., Выродов В.А., Рябов В.В., Кречмер М.М. Оборудование и проектирование предприятий гидролизной и лесохимической промышленности. – М.: Лесная промышленность, 1991 г.

3.Выродов В.А. Канифольно-терпентинное производство: лекции. – Л.: ЛТА, 1982г.

4.Справочник лесохимика. М.: Лесная промышленность, 1974 г.

5.Гордон Л.В. и др. Технология и оборудование лесохимических производств. – М.: Лесная промышленность, 1979 г.

6.Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. – М.: «Машиностроение», 1981 г.