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eReference Springer Verlag

Beispiel – Planung einer Rektifikationsanlage

Aus: Walter Bierwerth, Tabellenbuch Chemietechnik, 11. Auflage, Verlag EUROPA-LEHRMITTEL, Europa Nr. 70717, S439 ff

Aufgabenstellung:

In einem Gemisch aus Benzol und Toluol soll durch kontinuierliche Rektifikation der Massenanteil an Benzol angereichert werden.

Die Anlage ist im Fließbild (Fließschema) dargestellt.

Das Gemisch (reines Zweistoffgemisch, ϑV = 20 °C) fällt mit folgender Zusammensetzung zur Trennung an:

Benzol: Massenanteil

w1 = 25 %

Toluol:

w2 = 75 %

Betriebsvorgaben:

Gewünschte Anreicherung: w1 = 0,95 (Kolonnenkopf), der Sumpfablauf soll noch maximal w1 = 0,05 Benzol enthalten.

Volumenstrom Zulauf (Feed):

qV = 80 L/min

Länge der Zuleitung (gerade Rohrleitungsstücke):

L = 15 m

Höhendifferenz Feedpumpe/Kolonneneinspeisung (geodätische Höhe):

z = 4 m

Zulauf zur Kolonne: siedend flüssig

Ablauf aus dem Kopfkondensator: siedend flüssig

Abkühlung des Destillats im Destillatkühler auf ϑ = 40 °C

Kühlwasser steht mit einer relative konstante Zulauftemperatur von ϑ = 20 °C zur Verfügung und soll beim Austritt aus der Anlage nicht wärmer als ϑ = 30 °C sein.

Die Kolonne wird bei Normaldruck betrieben.

Auszulegende Bauteile:

Kreiselpumpe (Feedpumpe): Erforderliche Pumpenleistung über Druckverlust in der Zuleitung

Gemischvorwärmer (elektrische Rohrbeheizung, induktiv): erforderliche Heizleistung?

Trennkolonne (Füllkörperkolonne): erforderliche Anzahl der theoretischen Stufen nach McCabe-Thiele

Kopfkondensator (Rohrbündel-Wärmeaustauscher): erforderliche Austauschfläche

Destillatkühler (Rohrbündel-Wärmeaustauscher): erforderliche Austauschfläche

Destillatvorlage (liegender zylindrischer Pufferbehälter mit Klöpperböden): Füllstandsdiagramm qV = f(h)

Erforderliche Armaturen und sonstige Rohrleitungsteile in der Feedleitung:

2 Bögen (Krümmer) 90°, R/d = 4

1 Durchgangsventil (DIN-Ventil)

1 Absperrhahn (Kugelhahn), 50 % geöffnet

1 Rückschlagventil

1 Wirbelzähler

Teilberechnung mit L1.2

Bestimmung der Nennweite für die Feedleitung S. 182

Mit gewählter Richtgeschwindigkeit v = 1 m/s (S. 210)

Gewählt: Rohr 42,4 × 1,6 (S. 190) mit di = da – 2 · s = 42,4 mm – 2 · 1,6 mm = 39,2 mm

Variablen

Variable 5 – Absolute Rauigkeit

Absolute Rauigkeit K für verschiedene Materialien in mm

Glas, Blei-, Kupfer-, Messingrohre gezogen

 

0 – 0,0015

Stahlrohre gezogen

neu

0,04 (0,02 – 0,1)

nach längerem Gebrauch gereinigt

0,15 – 0,20

mäßig verrostet oder leichte Verkrustungen

≤ 0,40

starke Verkrustungen

≤ 3,0

Stahlblech verzinkt

Stahlrohre verzinkt

glatt (Lüfterrohre)

0,07

normal galvanisiert

0,15

Stahlrohre geschweißt

neu

0,05 (bis 0,1)

neu, bituminiert

0,05

gebraucht, gereinigt

0,15 – 0,20

gleichmäßig verrostet

≤ 0,40

leichte Verkrustung

1 – 1,5

starke Verkrustung

2 – 4

Stahlrohre genietet

 

0,9 (0,5 – 10)

Gussrohre

neu

0,26 (bis 1)

neu, bituminiert

0,10 – 0,15

angerostet

1,0 – 1,5

verkrustet

1,4 – 4,0

Betonrohre

Glattstrich

0,3 (bis 0,8)

Rau

1,2 (bis 3)

Asbest-Zement-Rohre

(Eternit; Toschi)

0,05 –0,1

Bretter

ungehobelt

0,7

gehobelt

0,2

Backsteinmauerwerk

normal gefügt

1,3

Kunststoffrohre

 

≤ 0,0015

 


Variable 7 – Geschwindigkeit des Fluids

Anhaltswerte für die Geschwindigkeit verschiedener Medien in Rohren

Medium

 

w in m/s

Öl

in Leitungen

1    -   2

Wasser

in längeren Leitungen

0.5 -   1

in Wärmeübertrager-Rohren

1    -   3

nach Kolbenpumpen

1    -   2

nach Kreiselpumpen

1.5 -   3 

vor Turbinen

2    -   7

Gase

bei niederen Drücken

5    -   30

bei Mitteldruck

5    -   20

bei Hochdruck

3    -   6

Pressluft

in Leitungen

2    -   4

Dampf

  1 -  10 bar

15 -  20

10 -  40 bar

20 -  40

40 - 125 bar

30 -  60

Variable 9 – Faktor für Querschnittsform


Variable 15 – Wendeldurchmesser

Geometrie einer Rohrwendel