Дубинін А.І. та ін.

Дубинін А.І., Гаврилів Р.І., Гузьова І.О.

Процеси та апарати хімічної технології

(посібник з курсового проектування)

За редакцією проф. Дубиніна А.І.

Рекомендовано Науково-методичною радою

Національного університету «Львівська політехніка»

як навчальний посібник з курсового проектування для студентів, які навчаються за напрямами «Хімічна технологія та інженерія» та «Інженерна механіка»

Львів

Видавництво Національного університету "Львівська політехніка"

Рекомендовано Науково-методичною радою

Національного університету «Львівська політехніка»

як навчальний посібник з курсового проектування для студентів, які навчаються за напрямами «Хімічна технологія та інженерія» та «Інженерна механіка»

(протокол № від)

Рецензенти:

Білей П.В., доктор технічних наук, завідувач кафедри

термообробки та захисту деревини Національного

лісотехнічного університету України

Мальований М.С. доктор технічних наук, завідувач кафедри

екології та охорони навколишнього середовища

Національного університету «Львівська політехніка»

Дубинін А.І. та ін.

Процеси та апарати хімічних технологій: Навч. посібник

з курсового проектування / А.І. Дубинін, Р.І. Гаврилів, І.О. Гузьова; За ред. А.І. Дубиніна

У навчальному посібнику розкрито методики розрахунку апаратів хімічної технології, зокрема технологічний, гідравлічний і конструктивний розрахунки циклонів, теплообмінників, випарників, абсорберів, ректифікаційних колон, адсорберів і сушарок

Навчальний посібник призначений для студентів різних форм навчання.

З м і с т

Вступ.....................................................................................................................9

Зміст і об’єм курсового проекту.........................................................................9

Структура розрахунково – пояснювальної записки........................................10

Вимоги до структури записки...........................................................................12

Оформлення розрахунків...................................................................................12

Загальні вимоги до оформлення графічної частини проекта.........................13

Розділ 1. Розрахунок пилоочисної апаратури.............................................18

1.1. Розрахунок циклона....................................................................................18

1.2. Розрахунок батарейного циклона..............................................................26

1.3. Гідравлічний розрахунок циклонів...........................................................28

1.4.Конструктивний розрахунок циклонів......................................................29

1.5. Приклади розрахунку циклонів.................................................................33

1.5.1. Розрахунок одиночного (групового) циклона)......................................33

1.5.2. Розрахунок батарейного циклона...........................................................39

Література...........................................................................................................43

Розділ 2. Розрахунок теплообмінних апаратів............................................44

2.1.Тепловий розрахунок...................................................................................45

А. Кожухотрубні теплообмінники..............................................................45

Б. Пластинчасті теплообмінники................................................................54

С. Спіральні теплообмінники......................................................................58

D. Теплообмінники типу „Труба в трубі”..................................................61

2.2. Конструктивний розрахунок......................................................................64

2.2.1. Кожухотрубні теплообмінники...................................................64

2.2.2. Пластинчаті теплообмінники......................................................67

2.2.3. Спіральні теплообмінники...........................................................67

2.2.4. Теплообмінники типу „труба в трубі”........................................70

2.3. Гідравлічний розрахунок теплообмінників..............................................74

2.3.1. Кожухотрубні теплообмінники...................................................74

2.3.2. Пластинчаті теплообмінники......................................................76

2.3.3. Спіральні теплообмінники...........................................................76

2.3.4. Теплообмінники типу „труба в трубі”........................................76

2.4. Приклади розрахунку теплообмінників....................................................77

2.4.1. Розрахунок кожухотрубного підігрівача...............................................77

2.4.2. Розрахунок теплообмінника „труба в трубі”.........................................85

2.4.3. Розрахунок пластинчастого підігрівача.................................................92

2.4.4. Розрахунок спірального теплообмінника..............................................96

Додаток 2...........................................................................................................103

Таблиця 2.1. Параметри кожухотрубних теплообмінників і

конденсаторів з плаваючою головкою.................................................103

Таблиця 2.2. Параметри кожухотрубних теплообмінників і

холодильників...................................................................................................105

Таблиця 2.3. Параметри кожухотрубних теплообмінників з

U – подібними трубами....................................................................................107

Таблиця 2.4. Параметри кожухотрубних випарників з паровим

простором..........................................................................................................108

Таблиця 2.5. Параметри кожухотрубних конденсаторів і випарників........109

Таблиця 2.6. Число сегментних перегородок в нормалізованих

кожухотрубних теплообмінниках...................................................................110

Таблиця 2.7. Маса кожухотрубчастих теплообмінників, холодиль-

ників, кип’ятильників і конденсаторів із стальними трубами.....................111

Таблиця 2.8. Поверхня теплообміну та основні параметри розбірних

багатопоточних теплообмінників типу «Труба в трубі»..............................113

Таблиця 2.9. Параметри теплообміну і основні параметри нерозбір-

них і розбірних однопоточних і двох поточних теплообмінників типу

«труба в трубі».................................................................................................115

Таблиця 2.10. Конструктивні характеристики розбірних пластин-

частих теплообмінників...................................................................................116

Таблиця 2.11. Поверхня теплообміну та основні параметри розбір-

них пластинчастих теплообмінників..............................................................117

Таблиця 2.12. Поверхня теплообміну та основні параметри спіраль-

них теплообмінників........................................................................................118

Література.........................................................................................................120

Розділ 3. Розрахунок випарних апаратів...................................................121

3.1. Технологічний розрахунок однокорпусної вакуум-випарної

установки...........................................................................................................122

3.2. Технологічний розрахунок багатокорпусної прямотечійної вакуум-

випарної установки..........................................................................................132

3.3. Розрахунок допоміжного обладнання.....................................................137

3.4. Конструктивний розрахунок....................................................................140

3.5. Приклади розрахунку прямотечійних вакуум-випарних установок....145

3.5.1. Розрахунок однокорпусної вакуум - випарної установки..................145

3.5.2. Розрахунок трьохкорпусної вакуум-випарної установки..................157

Додатки.............................................................................................................168

Додаток 3.1. Типи трубних випарних апаратів.............................................168

Додаток 3.2. Технічні характеристики випарних апаратів.........................170

Таблийя 3.2.1. Технічна характеристика випарного апарата

з природною циркуляцією і співвісною гріючою камерою

(тип 1, виконання 1).................................................................170

Таблийя 3.2.2. Технічна характеристика випарного

апарата з природною циркуляцією і винесеною гріючою

камерою (тип 1, виконання 2)...........................................................172

Таблийя 3.2.3. Технічна характеристика випарного апарату з

природньою циркуляцією, співвісною гріючою камерою

і солевідділенням (тип 1, виконання 3).............................................174

Таблийя 3.2.4. Технічна характеристика випарного апарату з

примусовою циркуляцією і винесеною гріючою камерою

(тип 2, виконання 1)...........................................................................176

Таблиця 3.2.5. Технічна характеристика випарного апарату з

примусовою циркуляцією і співвісною гріючою камерою

(тип 2, виконання 2)............................................................................178

Таблиця 3.2.6.Технічна характеристика випарного апарату з

висхідною плівкою (тип 3, виконання 1).......................................180

Таблиця 3.2.7. Технічна характеристика випарного

апарата з стікаючою плівкою (тип.3, виконання 2)..........................183

Додаток 3.3. Поверхневий натяг σ Н/м і густина ρ кг/м³ деяких вод-

них розчинів за різних концентрацій і температур...........................185

Додаток 3.4.В’язкість μ (мПа∙с) деяких водних розчинів при різних

концентраціях (в % мас.) і температурах...........................................186

Додаток 3.5. Температурні депресії водних розчинів солей при

атмосферному тиску.............................................................................187

Додаток 3.6. Основні розміри барометричних конденсаторів......................188

Додаток 3.7. Технічна характеристика вакуум-насосів типу ВВН..............191

Література.........................................................................................................192

Розділ 4. Розрахунок абсорберів..................................................................193

4.1. Насадкова колона......................................................................................194

4.1.1. Розрахунок витрати абсорбенту і діаметра абсорбера..............194

4.1.2. Розрахунок висоти абсорбційної колони....................................199

4.1.3. Розрахунок гідравлічного опору колони....................................209

4.2. Тарілчаста колона.....................................................................................210

4.2.1. Розрахунок діаметра абсорбера...................................................210

4.2.2. Розрахунок висоти колони ......................................................... 213

.. 4.2.3. Гідравлічний опір тарілок абсорбера........................................219

4.3. Приклади розрахунку абсорберів............................................................220

4.3.1. Розрахунок насадкового абсорбера..........................................220

4.3.2. Розрахунок тарілчастого абсорбера..........................................235

Розділ 5. Розрахунок ректифікаційної колонни.......................................244

5.1. Насадкова колона.............................................................................244

5.1.1. Матеріальний баланс і продуктивність по дистиляту

і кубовому залишку...............................................................................244

5.1.2. Визначення флегмового числа....................................................245

5.1.3. Навантаження колони по рідині.................................................247

5.1.4. Навантаження колони по парі.....................................................248

5.1.5. Швидкість пари і діаметр колони................................................248

5.1.6. Перевірка доцільність використання обраної насадки за

величиною густини зрошування..........................................................250

5.1.7. Висота шару насадки для укріплюючої і вичерпуючої

частин колони..........................................................................................250

5.1.8. Загальна висота насадки й ректифікаційної колони..................253

5.1.9. Вибір тарілок для розприділення рідини....................................254

5.1.10. Гідравлічний опір колони..........................................................254

5.2. Тарілчаста колона......................................................................................256

5.2.1. Швидкість пари і діаметр колони................................................257

5.2.2. Необхідна кількість тарілок в колоні..........................................260

5.2.3. Висота тарілчастої ректифікаційної колони.............................261

5.2.4. Гідравлічний опір колони............................................................263

5.3. Приклад розрахунку сітчастої ректифікаційної колони........................265

Додатки до розділів 4 і 5......................................................................282

Додаток 5.1. Технічні характеристики тарілок масообмінних

апаратів......................................................................................282

Табдийя 5.1.1. Технічна характеристика ковпачкових тарілок

типу ТСК-РЦ й ТСК-РБ...........................................................282

Таблиця 5.1.2. Технічна характеристика ковпачкових тарілок типу

ТСК-Р.........................................................................................284

Таблиця 5.1.3. Технічна характеристика розподільних тарілок

типу ТСН-ІІ...............................................................................286

Таблиця 5.1.4. Технічна характеристика ковпачкових тарілок

типу ТСК-І.................................................................................288

Таблиця 5.1.5. Технічна характеристика розподільних тарілок

типу ТСН-ІІІ..............................................................................290

Таблиця 5.1.6. Технічна характеристика сітчастих тарілок типу ТС..........292

Таблийя 5.1.7. Технічна характеристика сітчастих тарілок типу

ТС-Р й ТС-Р2............................................................................294

Таблиця 5.1.8. Технічна характеристика решітчастих тарілок типу ТР.....297

Таблиця 5.1.9. Технічна характеристика решітчастих тарілок типу ТС-Р.299

Таблиця 5.1.10. Технічна характеристика клапанних однопоточних

тарілок типу ТКП......................................................................301

Таблиця 5.1.11. Технічна характеристика ситчастих тарілок типу

ТС-РЦ й ТС-РБ..........................................................................303

Додаток 5.2. Характеристики насадок...........................................................305

Додаток 5.3. Коефіцієнти дифузії газів і парів..............................................306

Додаток 5.4. Коефіцієнти Генрі для водних розчинів деяких газів.............307

Додаток 5.5. Рівноважний склад системи пара-рідина.................................308

Додаток 5.6. Поправка β_t для розрахунку зміни густини рідини в

залежності від температури.....................................................312

Додаток 5.7. Співвідношення між коефіцієнтами масовіддачі за

різних одиниць вимірювання рушійної сили і потоку

компоненту................................................................................313

Література.........................................................................................................315

Розділ 6. Розрахунок адсорберів..............................................................316

Вступ..................................................................................................................316

6.1. Адсорбери періодичної дії з нерухомим шаром адсорбенту................318

6.1.1.Швидкість газу і діаметр адсорбера..........................................318

6.1.2. Висота та об’єм шару адсорбенту............................................319

6.1.3. Тривалість адсорбції..................................................................325

6.1.4. Матеріальний баланс по речовині, яка поглинається

адсорбентом за час роботи адсорбера....................................327

6.1.5. Гідравлічний опір шару адсорбенту.........................................328

6.1.6. Розрахунок кільцевих адсорберів.............................................328

6.2. Адсорбери неперервної дії з псевдозрідженим шаром адсорбенту.....329

6.2.1. Швидкість газу і діаметр адсорбера.........................................329

6.2.2. Об’єм нерухомого шару адсорбенту й кількість тарілок.......330

6.2.3. Висота адсорбера........................................................................331

6.2.4. Гідравлічний опір адсорбера.....................................................332

6.3. Приклади розрахунку адсорберів............................................................333

6.3.1. Розрахунок адсорбера періодичної дії......................................333

6.3.2. Розрахунок. адсорберу неперервної дії з псевдозрід-

женим шаром адсорбенту....................................................................349

Додаток 6...........................................................................................................362

Таблиця 6.1.Дані про рівновагу процесу адсорбції парів бензолу та їх

суміші з повітрям на активованому вугіллі.........................................362

Таблиця 6.2. Фізико-хімічні властивості речовин........................................363

Таблиця 6.3. Коефіцієнт афінності деяких речовин................................364

Таблиця 6.4а. Характеристики активованого вугілля...................................364

Таблиця 6.4б. Характеристики активованого вугілля..................................367

Таблиця 6.5. Коефіцієнти дифузії газів та парів в повітрі (за нормаль-

них умов)*.............................................................................................368

Таблиця 6.6. Конструктивні характеристики горизонтальних, верти-

кальних та кільцевих адсорберів........................................................369

Таблиця 6.7. Нормалізовані ряди діаметрів колон........................................369

Література.........................................................................................................370

Розділ 7. Розрахунок сушильних установок........................................371

Вступ..................................................................................................................371

7.1. Сушарки з псевдозрідженим (киплячим) шаром...................................371

7.1.1. Розрахунок швидкості початку псевдозрідження...................373

7.1.2. Швидкість вільного витання найбільш дрібних частинок.....374

7.1.3. Швидкість сушильного агенту..................................................375

7.1.4. Матеріальні баланси сушильних установок............................375

7.1.5. Витрата сухого повітря і теплоти на сушіння.........................375

7.1.6. Діаметр сушарки і параметри розподільчої решітки..............379

7.1.7. Загальна висота сушарки...........................................................380

7.1.8. Гідравлічний опір сушарки.......................................................383

7.2. Розрахунок барабанних сушарок.............................................................385

7.2.1. Вибір типу палива......................................................................387

7.2.2. Матеріальний баланс сушарки..................................................388

7.2.3. Тепловий баланс і розрахунок внутрішнього балансу...........388

7.2.4. Визначення параметрів газової суміші і розрахунок витрат

сухого повітря і теплоти на процес сушіння....................................388

7.2.5. Визначення основних розмірів сушильного барабану і параметрів приводу..............................................................................389

7.2.6. Середній час перебування матеріалу в сушарці і кут нахилу барабану............................................................................................... 395

7.3. Приклади розрахунку сушарок................................................................396

7.3.1. Розрахунок сушарки киплячого шару......................................396

7.3.2. Розрахунок барабанної сушарки...............................................411

Додаток 7......................................................................................................420

Література.....................................................................................................421

Завдання........................................................................................................422

ВСТУП

У курсі „Процеси та апарати хімічної технології” (ПАХТ) вивчаються теоретичні основи процесів хімічної технології, основні типи хімічної апаратури та інженерні методи розрахунку хімічних машин та апаратів. Курс базується на таких дисциплінах, як фізика, хімія, фізична хімія, термодинаміка, комп’ютерне програмування.

Курсовий проект є завершальним етапом вивчення дисципліни ПАХТ і являє собою першу значну інженерну роботу. Проект передбачає самостійність виконання, взаємозв’язок між окремими частинами курсу ПАХТ. Студент повинен вміти пов’язати своє завдання із загальними народногосподарськими проблемами. Проект включає розрахунок однієї з типових установок – випарної, ректифікаційної, абсорбційної, сушильної тощо.

Основна мета курсового проектування полягає у закріпленні і розширенні теоретичних знань студентів, придбанні навичок рішення інженерних задач. Виконання курсового проекту є базою для курсових та дипломних проектів за спеціальністю.

Підчас роботи над курсовим проектом виконуються технологічні, теплові та гідравлічні розрахунки, за діючими стандартами, каталогами і довідковій літературі здійснюється вибір апаратури для конкретних умов роботи і з врахуванням екологічних вимог.

Виконання курсового проекту передбачає широке використання комп’ютерної техніки, вміння користуватись довідковою та науково-технічною літературою.

Методичний посібник розроблений з метою дати відповіді на питання студентів, що починають виконувати курсовий проект. У посібнику приведені розрахункові залежності, довідникові дані і джерела літератури, використання яких допоможе студентам виконати проект, вказана послідовність і зміст розрахунків.

В додатках приведені теплофізичні властивості речовин, зразки оформлення титульного листа розрахунково-пояснювальної запаски та її змісту, зразки штампів до креслень тощо.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: