Главная Коллекция "Otherreferats" Производство и технологии Ректификационная колонна

Ректификационная колонна

Противоточное взаимодействие паров, образующихся при перегонке, с жидкостью, получающейся при конденсации паров, при ректификации. Использование барботажных колонн с ситчатыми тарелками. Выбор конструкционного материала, материальный расчет колонны.

Рубрика	Производство и технологии
Вид	курсовая работа
Язык	русский
Дата добавления	26.12.2011
Размер файла	400,2 K

посмотреть текст работы

скачать работу можно здесь

полная информация о работе

весь список подобных работ

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение
1 .Технологическая схема
2. Выбор конструкционного материала
3. Материальный расчет колонны
3.1 Производительность колонны по дистилляту и кубовому остатку
3.2 Расчет оптимального флегмового числа
3.3 Массовый поток пара в верхней и нижней частях колонны
3.4 Массовые расходы жидкости в верхней и нижней части колонны
4. Расчет диаметра колонны
4.1 Плотности компонентов
4.2 Скорость пара в колонне
4.3 Диаметр колонны
4.4 Характеристика тарелки
5. Расчет числа тарелок
5.1 Число теоретических тарелок
5.2 Средний к. п. д. тарелки
5.3 Высота колонны
6. Гидравлический расчет колонны
6.1 Гидравлическое сопротивление сухой тарелки
6.2 Гидравлическое сопротивление обусловленное силами поверхностного натяжения
6.3 Гидравлическое сопротивление газожидкостного слоя
6.4 Полное сопротивление тарелки
6.5 Суммарное гидравлическое сопротивление рабочей части колонны
7. Тепловой расчет колонны
7.1 Расход теплоты отдаваемой воде в дефлегматоре
7.2 Расход теплоты в кубе испарителе
8. Конструктивный расчет
Выводы
Литература

Введение

Для разделения смеси жидкости обычно прибегают к перегонке, основанной на разной температуре кипения компонентов смеси. При испарении компонент с более низкой температурой кипения (НК) переходит в пары, а компонент с более высокой температурой кипения (ВК) остается в жидком состоянии. Для достижения наиболее полного разделения компонентов применяют ректификацию. Ректификация заключается в противоточном взаимодействии паров образующихся при перегонке, с жидкостью, получающейся при конденсации паров.

В ректификационном аппарате снизу вверх движутся пары, а сверху подается жидкость, представляющая собой почти чистый НК. При соприкосновении поднимающихся паров со стекающей жидкостью происходит частичная конденсация паров и частичное испарение жидкости. При этом из паров конденсируется преимущественно ВК, а из жидкости испаряется преимущественно НК. Таким образом, стекающая жидкость обогащается ВК, а поднимающиеся пары обогащаются НК, в результате чего выходящие из аппарата пары представляют собой почти чистый НК. Эти пары поступают в конденсатор, называемый дефлегматором, и конденсируются. Часть конденсата, возвращаемая на орошение аппарата, называется флегмой, другая часть отводится в качестве дистиллята.

Как и для всех массобменных процессов эффективность ректификации зависит от поверхности контакта фаз. Для увеличения поверхности массобмена используют различные контактные устройства насадочного или барботажного типа. Наиболее распространенными ректификационными установками являются барботажные колонны с различными типами тарелок: колпачковыми, ситчатыми, провальными и т.п. Наиболее универсальны колонны с колпачковыми тарелками, но при разделении незагрязненных жидкостей в установках с постоянной нагрузкой, хорошо зарекомендовали себя аппараты с ситчатыми тарелками, отличающимися простотой конструкции и легкостью в обслуживании.

1. Технологическая схема

Рис.1 Технологическая схема ректификационной установки

Исходная смесь из расходной емкости РЕ центробежным насосом подается в подогреватель П, где нагревается до температуры кипения и поступает на питающую тарелку ректификационной колонны РК. Стекая по тарелкам жидкость, попадает в куб, из которого поступает в кипятильник К. Из кипятильника пары жидкости поступают в нижнюю часть колонны и двигаются навстречу исходной смеси, барботируя через нее и обогащаясь низкокипящим компонентом. Выходя из колонны пары, попадают в дефлегматор Д и конденсируются. Дистиллят поступает разделитель Р, где разделяется на два потока: одна часть в качестве флегмы возвращается в колонну и стекает по тарелкам вниз, обогащаясь при этом высококипящим компонентом, а другая часть поступает в холодильник Х1, охлаждается и попадает в приемную емкость ПЕ2. По мере работы часть жидкости из куба отводится в холодильник Х2 и поступает в приемную емкость ПЕ1 в качестве кубового остатка.

2. Выбор конструкционного материала

Этанол и ацетон не являются коррозионно-активными веществами, рабочая температура в колонне не выше 100 С, поэтому в качестве конструкционного материала для основных деталей аппарата выбираем сталь Ст 3 ГОСТ 380 - 94 [2c.59]: которая используется для изготовления деталей химической аппаратуры при работе с неагрессивными средами при температурах от 10 до 200 С.

3. Материальный расчет колонны

3.1 Производительность колонны по дистилляту и кубовому остатку

Температуры кипения и молекулярные массы разделяемых компонентов

t_к,С

МВ, кг/кмоль

ацетон

56

58

этанол

78,3

46

Мольные доли исходной смеси, дистиллята и кубового остатка

= (0,30/58) / [ (0,30/58) + (0,70/46)] = 0,254

= (0,92/58) / [ (0,92/58) + (0,08/46)] = 0,901

= (0,04/58) / [ (0,04/58) + (0,96/46)] = 0,032

Молекулярные массы исходной смеси, дистиллята и кубового остатка

M_F = 0,25458 + 0,74646 = 49,0 кг/моль

M_р = 0,90158 + 0,09946 = 56,8 кг/моль

M_W = 0,03258 + 0,96846 = 46,4 кг/моль

Уравнение материального баланса

F = P + W;

F_F = P + W,

где _F, , - массовые концентрации н. к. к.,

F = 4500/3600 = 1,250 кг/с - расход исходной смеси,

Р - расход дистиллята,

W - расход кубового остатка,

отсюда находим

W = F ( - ) / ( - ) = 1,250 (0,92 - 0,30) / (0,92 - 0,04) = 0,881 кг/с

Р = F - W = 1,250 - 0,881 = 0,369 кг/с

3.2 Расчет оптимального флегмового числа

Строим y-x-диаграмму (рис.2) и находим значение y_F* = 0,48, тогда минимальное флегмовое число:

R_min = (x_p - y_F*) / (y_F* - x_F = (0,901 - 0,48) / (0,48 - 0,254) = 1.86

Задаемся различными значениями коэффициента избытка флегмы и для каждого значения строим рабочие линии процесса, по которым, графическим методом, находим число тарелок N рис.2. Результаты расчетов сводим в таблицу

ректификация колонна барботажная ситчатая

Рис.2 y-x - диаграмма этанол - ацетон

1,2

1,3

1,4

1,5

1,6

R = R_min

2,81

3,04

3,27

3,51

3,74

х_р/ (R+1)

0,236

0,223

0,211

0, 200

0, 190

N

14

12

11

11

11

N (R+1)

53,6

48,5

47,0

49,6

52,1

По этим данным строим график N (R+1) = f (R) и по его минимуму определяем оптимальное флегмовое число R = 3,30

Рис.3 К определению оптимального флегмового числа.

Уравнения рабочих линий:

верхняя часть y = [R/ (R+1)] x + x_p / (R+1) = 0,767x + 0,210

нижняя часть y = [ (R+f) / (R+1)] x - [ (f - 1) / (R + 1)] x_W = 1,55x - 0,018

f = F / P = 1,250/0,369 = 3,39

3.3 Массовый поток пара в верхней и нижней частях колонны

Средние концентрации паров и их температуры (по t-x, y диаграмме)

y_F = 0,42; y_p = 0,901; y_W = 0,032 (из y* - x диаграммы)

у_ср_._в= 0,5 (y_F + y_p) = 0,5 (0,420 + 0,901) = 0,66t_ср_._в = 59 С

у_ср_._н= 0,5 (0,420 + 0,032) = 0,23 t_ср_._н = 68 С

Средние молярные массы паров

М_ср_._в = 0,6658 + 0,3446 = 53,9 кг/моль

М_ср_._н = 0,2358 + 0,7746 = 48,8 кг/моль

Расход пара

G_в = Р (R + 1) М_ср_._в /М_р = 0,369 (3,30+1) 53,9/56,8 = 1,51 кг/с

G_н = Р (R + 1) М_ср_._н /М_р = 0,369 (3,90+1) 48,8/56,8 = 1,36 кг/с

3.4 Массовые расходы жидкости в верхней и нижней части колонны

Средние концентрации жидкости

х_ср_._в = (х_F + x_р) / 2 = (0,254 + 0,901) /2 = 0,578

х_ср_._н = (0,254 + 0,032) /2 = 0,143

Средние молярные массы жидкости

М_ср_._в = 0,57858 + 0,42246 = 52,9 кг/моль

М_ср_._н = 0,14358 + 0,85746 = 47,7 кг/моль

Расход жидкости

L_в = PRM_c_р_._в / М_р = 0,3693,3052,9/56,8 = 1,13 кг/с

L_H= PRM_c_р_._н/М_р+FM_c_р_._н/М_F=

= 0,3693,3047,7/56,8+1,25047,7/49,0 = 2,24 кг/с

4. Расчет диаметра колонны

4.1 Плотности компонентов

По диаграмме t - x, y*, находим температуры исходной смеси, дистиллята и кубового остатка: t_F = 68 C; t_p = 57 C: t_W = 76 C

Рис.4 t-x-y диаграмма системы этанол - ацетон

Плотности компонентов при этих температурах, кг/м³

57 С

68 С

76 С

ацетон

749

738

724

этанол

757

748

739

Плотность жидкости

= 1/ (0,30/738+0,70/748) = 745 кг/м³

= 1/ (0,92/749+0,08/757) = 750 кг/м³

= 1/ (0,04/724+0,96/739) = 738 кг/м³

Средняя плотность жидкости в верхней и нижней части

_вж = 0,5 (_ж_F + _жр) = 0,5 (745 + 750) = 748 кг/м³

_нж = 0,5 (_ж_F + _ж_W) = 0,5 (745 + 738) = 742 кг/м³

Плотность паров на питающей тарелке

= 51,0273/ [22,4 (273+68)] = 1,93 кг/м³

М_п_F = 0,4258 + 0,5846 = 51,0 кг/моль

Плотность паров в верхней части

_пв = 53,9273/ [22,4 (273+59)] = 1,98 кг/м³

Плотность паров в нижней части

_пн = 48,8273/ [22,4 (273+68)] = 1,74 кг/м³

4.2 Скорость пара в колонне

Скорость пара в верхней части колонны

где С = 700 - при расстоянии между тарелками 400 мм [4c.31]

w_пв = 0,84710^-4700 [ (748 - 1,98) /1,98] ^1/2 = 1,15 м/с

Скорость пара в нижней части колонны

w_пн = 0,84710^-4700 [ (742 - 1,74) /1,74] ^1/2 = 1,22 м/с

4.3 Диаметр колонны

верхней части

= [1,51/ (1,980,7851,15)] ^1/2 = 0,91 м

нижней части

= [1,36/ (1,740,7851,22)] ^1/2 = 0,86 м

Принимаем диаметр колонны 800 мм, тогда действительная скорость пара составит:

w_пв = 1,15 (0,91/0,8) ² = 1,48 м/с

w_пн = 1,22 (0,86/0,8) ² = 1,41 м/с

4.4 Характеристика тарелки

Принимаем тарелки типа ТС (ОСТ 26-01-108-85) [4c.138]:

Диаметр тарелки - 800 мм;

Свободное сечение колонны - 0,51 м²;

Периметр слива - 0,570 м;

Сечение перелива - 0,016 м²;

Свободное сечение тарелки - 0,51 м²;

Относительная площадь перелива - 4,1%;

Масса - 21,0 кг

5. Расчет числа тарелок

Рис.5 Определение теоретического числа тарелок.

5.1 Число теоретических тарелок

Графическим методом находим общее число теоретических тарелок

n_т = 11,нижняя часть - 4

верхняя часть - 7.

5.2 Средний к. п. д. тарелки

Вязкость жидкости на питающей тарелке:

ln = хln_A + (1 - x) ln_B

где _А = 0,22 мПас - вязкость ацетона [1c.512]

_В = 0,55 мПас - вязкость этанола [1c.512]

ln_ж = 0,254ln0,22 + (1 - 0,254) ln0,55

откуда = 0,44 мПас

Коэффициент относительной летучести:

= Р_А/Р_В =1050/480 = 2,2

где Р_А =1050 - давление насыщенного пара ацетона [1c.565], Р_В = 480 мм рт. ст. - давление насыщенного пара этанола. Произведение = 2,20,44 = 0,96. По произведению = 0,96 находим к. п. д. тарелки =0,49 [1c323], тогда число тарелок в верхней части колонны:

n_в = 7/0,49 = 14

в нижней части колонны:

n_н = 4/0,49 = 8

5.3 Высота колонны

Принимаем расстояние между тарелками Н_т = 400 мм, тогда высота нижней и верхней части составит:

Н_н = (N_н - 1) Н_т = (8 - 1) 0,4 = 2,8 м

Н_в = (N_в - 1) Н_т = (14 - 1) 0,4 = 5,2 м

Высота сепарационного пространства - 0,7 м [4c.115]

Высота кубового пространства - 2,3 м

Высота опоры - 1,2 м

Общая высота колонны

Н = 1,2 + 2,3 + 0,7 + 5,2 + 2,8 =12,2 м

6. Гидравлический расчет колонны

6.1 Гидравлическое сопротивление сухой тарелки

Р_с = w_п² _п/ (2²)

где = 0,10 - относительное свободное сечение тарелки [3c.214]

= 1,5 - коэффициент сопротивления тарелки [3c.210]

нижняя часть:

Р_сн = 1,51,41²1,74/ (20,100²) = 259 Па

Р_св = 1,51,48²1,98/ (20,100²) = 325 Па

6.2 Гидравлическое сопротивление обусловленное силами поверхностного натяжения

= 0,5 (_А + _В) = 0,5 (0,019 + 0,017) = 0,018 Н/м

Р_б = 4/d_э =40,018/0,05 = 2 Па

где d_э = 0,05 м - диаметр отверстий

6.3 Гидравлическое сопротивление газожидкостного слоя

Р_сл = g_жh₀

где h₀ - высота светлого слоя жидкости на тарелке

h₀ = 0,787q^0,2h_п^0,56w_Т^m [1 - 0,31exp ( - 0,11)] (_ж/_и) ^0,09

где q = L/П - удельный расход жидкости

П = 0,57 м - периметр сливного устройства [3c.214]

h_П = 0,04 м - высота сливного порога

w_т = w_пS_к/S_т - скорость пара отнесенная к рабочей площади тарелки

_в = 0,059 Н/м - поверхностное натяжение воды [1c.537]

m - показатель степени m = 0,05 - 4,6h_п = 0,05 - 4,60,04 = - 0,134

нижняя часть:

h_он = 0,787 [2,24/ (7480,57)] ^0,20,04^0,56 (1,410,502/0,41) - ^0,¹³⁴

[1 - 0,31exp ( - 0,110,44)] (0,018/0,059) ^0,09 = 0,027 м

верхняя часть:

h_ов = 0,787 [1,13/ (7420,57)] ^0,20,04^0,56 (1,480,502/0,41) - ^0,¹³⁴

[1 - 0,31exp ( - 0,110,44)] (0,018/0,059) ^0,09 = 0,023 м

Р_н_._сл = 7489,80,027 = 198 Па

Р_в_._сл = 7429,80,023 = 167 Па

6.4 Полное сопротивление тарелки

Р = Р_с + Р + Р_сл

Р_н =259 + 2 + 198 = 459 Па

Р_в = 325 + 2 + 167 = 494 Па

6.5 Суммарное гидравлическое сопротивление рабочей части колонны

Р_к = 4598 + 49414 =10588 Па

7. Тепловой расчет колонны

7.1 Расход теплоты отдаваемой воде в дефлегматоре

Q_д = Р (1 + R) r_р = 0,369 (1+3,30) 554 = 879 кВт

где r_р - теплота конденсации флегмы

r_р = r_A+ (1 - ) r_в = 0,92525 + (1 - 0,92) 882 = 554 кДж/кг

где r_A = 525 кДж/кг - теплота конденсации ацетона

r_в = 882 кДж/кг - теплота конденсации этанола

В качестве охлаждаемого агента принимаем воду с начальной температурой 20 С, и конечной 30 С, тогда средняя разность температур составит:

t_б = 57 - 20 = 37 С

t_м = 57 - 30 = 27 С

t_c_р = (t_б + t_м) / 2 = (37 + 27) / 2 = 32,0 С

Ориентировочное значение коэффициента теплопередачи [3c.47]:

К = 400 Вт/ (м²К), тогда требуемая поверхность теплообмена

F = Q / (Kt_ср) = 87910³/ (40032,0) = 69 м²

Принимаем стандартный кожухотрубчатый конденсатор с диаметром кожуха 600 мм и длиной труб 4 м, для которого поверхность теплообмена равна 75 м² [3c.51]. Расход охлаждающей воды:

G_в = Q_д / [с_в (t_вк - t_вн)] = 879/ [4, 19 (30 - 20)] = 21,0 кг/с

7.2 Расход теплоты в кубе испарителе

Q_к = 1,03 (Q_д + Рс_рt_р + Wc_wt_w - Fc_Ft_F)

где с_р = 2,31 кДж/ (кгК) - теплоемкость дистиллята [1c.562]

с_w = 3,23 кДж/ (кгК) - теплоемкость кубового остатка [1c.562]

с_F = 2,95 кДж/ (кгК) - теплоемкость исходной смеси [1c.562]

1,03 - коэффициент учитывающий потери в окружающую среду

Q_к = 1,03 (879 + 0,3692,3157 + 0,8813,2376 - 1,2502,9568) = 920 кВт

Расход греющего пара

Принимаем пар с давлением 0,3 МПа, для которого теплота конденсации

r = 2171 кДж/кг [1c.550], тогда

G_п = Q_к/r= 920/2171 = 0,42 кг/c

Средняя разность температур в кубе испарителе

t_ср = t_п - t_w = 133 - 76 = 57 C

Ориентировочное значение коэффициента теплопередачи [3c.47]

К = 300 Вт/ (м²К), тогда требуемая поверхность теплообмена

F = Q / (Kt_ср) = 92010³/ (30057) = 54 м²

Принимаем стандартный кожухотрубчатый теплообменник с диаметром кожуха 600 мм и длиной труб 4 м, для которого поверхность теплообмена равна 63 м²

8. Конструктивный расчет

Корпус колонны диаметром до 1000 мм изготовляют из отдельных царг, соединяемых между собой с помощью фланцев.

Толщина обечайки

S > pD/ (2 [] - p) + c

где [] = 138 МПа - допускаемое напряжение для стали [3c394];

= 0,8 - коэффициент ослабления сварного шва;

с = 0,001 мм - поправка на коррозию [3с394].

S > 0,10,8/ (21380,8 - 0,1) + 0,001 = 0,003 м

Согласно рекомендациям [2c211] принимаем толщину обечайки s=8мм

Наибольшее распространение в химическом машиностроении получили эллиптические отбортованные днища по ГОСТ 6533 - 78 [2c25] Толщину стенки днища принимаем равной толщине стенки обечайки s_д= s = 8 мм.

Рис.6 Днище колоны

Характеристика днища:

h = 40 мм - высота борта днища;

Масса днища m_д = 16,9 кг.

Объем днища V_д = 0,086 м³.

Соединение обечайки с днищами осуществляется с помощью плоских приварных фланцев по ОСТ 26-428-79 [2c36].

Рис.7 Фланец.

Подсоединение трубопроводов к аппарату осуществляется с помощью штуцеров. Диаметр штуцеров

где w_шт - скорость среды в штуцере.

Принимаем скорость жидкости w_шт=1 м/с, газовой смеси w_шт=25 м/с

Штуцер для входа исходной смеси

d_1,2 = (1,250/0,7851745) ^0,5 = 0,046 м

принимаем d₁ = d₂ = 50 мм

Штуцер для входа флегмы

d₃ = (3,30,369/0,7851750) ^0,5 = 0,045 м

принимаем d₃ = 50 мм

Штуцер для выхода кубового остатка

d₃ = (0,881/0,7851738) ^0,5 = 0,039 м

принимаем d₄ = 40 мм

Штуцер для выхода паров

d₃ = (1,51/0,785251,98) ^0,5 = 0, 197 м

принимаем d₅ = 200 мм

Штуцер для входа паров

d₆ = (1,36/0,785251,74) ^0,5 = 0, 199 м

принимаем d₄ = 200 мм

Все штуцера должны быть снабжены плоскими приварными фланцами по ГОСТ 12820-80. Конструкция фланца приводится на рисунке, а размеры в таблице.

Рис.8 Фланец штуцера

d_усл

D

D₂

D₁

h

n

d

40

130

100

80

13

4

14

50

140

110

90

13

4

14

200

315

280

258

18

8

18

Расчет опоры. Аппараты вертикального типа с соотношением Н/D > 5, размещаемые на открытых площадках, оснащают так называемыми юбочными цилиндрическими опорами, конструкция которых приводится на рисунке.

Рис.9 Опора юбочная

Ориентировочная масса аппарата.

Масса обечайки

m_об= 0,785 (D_н²-D_вн²) Н_обс

где D_н= 0,816 м - наружный диаметр колонны;

D_вн= 0,8 м - внутренний диаметр колонны;

Н_об = 12,2 м - высота цилиндрической части колонны

с = 7900 кг/м³ - плотность стали

m_об= 0,785 (0,816²-0,8²) 12,2·7900 = 1956 кг

Масса тарелок

m_т = mn = 22·21 = 462 кг

m = 21,0 кг - масса одной тарелки

Общая масса колонны. Принимаем, что масса вспомогательных устройств (штуцеров, измерительных приборов, люков и т.д.) составляет 10% от основной массы колонны, тогда

m_к = m_об + m_т + 2m_д = 1,1 (1956 + 462+2·17) = 2697 кг

Масса колонны заполненной водой при гидроиспытании.

Масса воды при гидроиспытании.

m_в = 1000 (0,785D²H_ц_._об + 2V_д) = 1000 (0,785·0,8²·12,2 + 2·0,086) = 6301 кг

Максимальный вес колонны

m_max = m_к + m_в= 2697 + 6301 = 8998 кг = 0,088 МН

Принимаем внутренний диаметр опорного кольца D₁ = 0.75 м, наружный диаметр опорного кольца D₂ = 1,0 м. Площадь опорного кольца

А = 0,785 (D₂² - D₁²) = 0,785 (1,00² - 0,75²) = 0,34 м²

Удельная нагрузка опоры на фундамент

= Q/A = 0,088/0,34 = 0,26 МПа < [] = 15 МПа - для бетонного фундамента.

Выводы

На основе материального расчета рассчитаны материальные потоки в колонне и определен диаметр ректификационной колонны - 800 мм. Найдено оптимальное флегмовое число R = 3,3. Рассчитано действительное число тарелок: 14 в верхней и 8 в нижней части колонны. На основе теплового расчета выбран дефлегматор (диаметр кожуха 600 мм, длина труб 4 м, поверхность теплообмена 75 м²) и испаритель (диаметр кожуха 600 мм, длина труб 4, поверхность теплообмена 63 м²) определен расход охлаждающей воды и греющего пара. Проведен конструктивный расчет и подобраны нормализованные конструктивные элементы.

Литература

1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов. - Л.: Химия, 1987, 576 с.

2. Разработка конструкции химического аппарата и его графической модели. Методические указания. - Иваново, 2004.

3. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/ Под ред. Ю.И. Дытнерского. - М.: Химия, 1983.272 с.

4. Расчет и проектирование массообменных аппаратов. Учебное пособие. Лебедев В.Я. и др. - Иваново, 1994.

Размещено на Allbest.ru

курсовая работа "Ректификационная колонна" скачать

Подобные документы

Проектирование ректификационной тарельчатой колонны с ситчатыми тарелками для разделения смеси бензол - уксусная кислота
Изучение ректификации как процесса многократного частичного испарения жидкости и конденсации паров. Определение параметров и разработка проекта ректификационной тарельчатой колонны с ситчатыми тарелками для разделения смеси бензол - уксусная кислота.

курсовая работа [235,2 K], добавлен 20.08.2011

Ректификационная тарельчатая колонна непрерывного действия
Ректификация - процесс разделения жидких смесей посредством чередования процессов испарения и конденсации. Принцип работы тарельчатых колонн, их ключевые особенности. Выбор конструкционного материала для изготовления колонны и теплообменной аппаратуры.

курсовая работа [2,9 M], добавлен 03.11.2013

Расчет ректификационной колонны
Ректификационная колонна непрерывного действия с ситчатыми тарелками, расчет материального баланса. Дистиллят, кубовый остаток и мольный расход питания. Гидравлический расчет тарелок. Число тарелок и высота колонны. Длина пути жидкости на тарелке.

контрольная работа [89,9 K], добавлен 15.03.2009

Расчет ректификационной колонны для разделения смеси ацетон-вода с ситчатыми тарелками
Расчет ректификационной колонны непрерывного действия для разделения бинарной смеси ацетон-вода. Материальный баланс колонны. Скорость пара и диаметр колонны. Гидравлический расчет тарелок, определение их числа и высоты колонны. Тепловой расчет установки.

курсовая работа [2,2 M], добавлен 02.05.2011

Ректификационная колонна
Определение материального баланса колонны и рабочего флегмового числа. Высота светлого слоя жидкости на тарелке и паросодержание барботажного слоя. Коэффициенты массопередачи, диффузии и вязкости паров. Конструктивный и гидравлический расчет колонны.

курсовая работа [1,4 M], добавлен 09.03.2015

Проект ректификационной установки непрерывного действия
Расчет ректификационной колонны с ситчатыми тарелками для разделения бинарной смеси ацетон – бензол. Определение геометрических параметров колонны, гидравлического сопротивления и тепловых балансов. Расчет вспомогательного оборудования установки.

курсовая работа [1,4 M], добавлен 16.06.2023

Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия
Понятие и технологическая схема процесса ректификации, назначение ректификационных колонн. Расчет ректификационной колонны непрерывного действия для разделения смеси бензол-толуол с определением основных геометрических размеров колонного аппарата.

курсовая работа [250,6 K], добавлен 17.01.2011

Расчет ректификационной колонны
Понятие процесса ректификации. Расчет материального баланса процесса. Определение минимального флегмового числа. Конструктивный расчёт ректификационной колонны. Определение геометрических характеристик трубопровода. Технологическая схема ректификации.

курсовая работа [272,4 K], добавлен 03.01.2010

Ректификация
Разделение смеси жидкостей на составляющие. Применение ректификации с использованием ректификационных колонн. Технологический расчет теплообменного аппарата для подогрева исходной смеси водой и холодильников для охлаждения продуктов ректификации.

курсовая работа [845,7 K], добавлен 21.09.2009

Расчет установки для конденсации и охлаждения паров уксусной кислоты
Проект горизонтального кожухотрубчатого теплообменника для конденсации и охлаждения паров уксусной кислоты. Технологический расчет коэффициента теплопередачи, конденсатора, определение площади поверхности теплообмена. Подбор шестиходового теплообменника.

курсовая работа [1,3 M], добавлен 18.09.2014

Другие документы, подобные "Ректификационная колонна"

главная

рубрики

по алфавиту

вернуться в начало страницы

вернуться к началу текста

вернуться к подобным работам

Рубрики

По алфавиту

Закачать файл

Заказать работу

весь список подобных работ

скачать работу можно здесь

сколько стоит заказать работу?

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

	t_к,С	МВ, кг/кмоль
ацетон	56	58
этанол	78,3	46

	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6
R = R_min	2,81	3,04	3,27	3,51	3,74
х_р/ (R+1)	0,236	0,223	0,211	0, 200	0, 190
N	14	12	11	11	11
N (R+1)	53,6	48,5	47,0	49,6	52,1

d_усл	D	D₂	D₁	h	n	d
40	130	100	80	13	4	14
50	140	110	90	13	4	14
200	315	280	258	18	8	18

Ректификационная колонна

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Введение

1. Технологическая схема

Рис.1 Технологическая схема ректификационной установки

2. Выбор конструкционного материала

3. Материальный расчет колонны

3.1 Производительность колонны по дистилляту и кубовому остатку

Температуры кипения и молекулярные массы разделяемых компонентов

3.2 Расчет оптимального флегмового числа

Строим y-x-диаграмму (рис.2) и находим значение yF* = 0,48, тогда минимальное флегмовое число:

Rmin = (xp - yF*) / (yF* - xF = (0,901 - 0,48) / (0,48 - 0,254) = 1.86

3.3 Массовый поток пара в верхней и нижней частях колонны

Средние концентрации паров и их температуры (по t-x, y диаграмме)

yF = 0,42; yp = 0,901; yW = 0,032 (из y* - x диаграммы)

уср. в = 0,5 (yF + yp) = 0,5 (0,420 + 0,901) = 0,66tср. в = 59 С

уср. н = 0,5 (0,420 + 0,032) = 0,23 tср. н = 68 С

Средние молярные массы паров

Мср. в = 0,6658 + 0,3446 = 53,9 кг/моль

Мср. н = 0,2358 + 0,7746 = 48,8 кг/моль

Расход пара

Gв = Р (R + 1) Мср. в /Мр = 0,369 (3,30+1) 53,9/56,8 = 1,51 кг/с

Gн = Р (R + 1) Мср. н /Мр = 0,369 (3,90+1) 48,8/56,8 = 1,36 кг/с

3.4 Массовые расходы жидкости в верхней и нижней части колонны

Средние концентрации жидкости

хср. в = (хF + xр) / 2 = (0,254 + 0,901) /2 = 0,578

хср. н = (0,254 + 0,032) /2 = 0,143

Средние молярные массы жидкости

Мср. в = 0,57858 + 0,42246 = 52,9 кг/моль

Мср. н = 0,14358 + 0,85746 = 47,7 кг/моль

Расход жидкости

Lв = PRMcр. в / Мр = 0,3693,3052,9/56,8 = 1,13 кг/с

LH = PRMcр. н/Мр+FMcр. н /МF =

= 0,3693,3047,7/56,8+1,25047,7/49,0 = 2,24 кг/с

4. Расчет диаметра колонны

4.1 Плотности компонентов

По диаграмме t - x, y*, находим температуры исходной смеси, дистиллята и кубового остатка: tF = 68 C; tp = 57 C: tW = 76 C

Рис.4 t-x-y диаграмма системы этанол - ацетон

Плотности компонентов при этих температурах, кг/м3

4.2 Скорость пара в колонне

Скорость пара в верхней части колонны

где С = 700 - при расстоянии между тарелками 400 мм [4c.31]

wпв = 0,84710-4700 [ (748 - 1,98) /1,98] 1/2 = 1,15 м/с

Скорость пара в нижней части колонны

wпн = 0,84710-4700 [ (742 - 1,74) /1,74] 1/2 = 1,22 м/с

4.3 Диаметр колонны

верхней части

= [1,51/ (1,980,7851,15)] 1/2 = 0,91 м

нижней части

= [1,36/ (1,740,7851,22)] 1/2 = 0,86 м

Принимаем диаметр колонны 800 мм, тогда действительная скорость пара составит:

wпв = 1,15 (0,91/0,8) 2 = 1,48 м/с

wпн = 1,22 (0,86/0,8) 2 = 1,41 м/с

4.4 Характеристика тарелки

Принимаем тарелки типа ТС (ОСТ 26-01-108-85) [4c.138]:

Диаметр тарелки - 800 мм;

Свободное сечение колонны - 0,51 м2;

Периметр слива - 0,570 м;

Сечение перелива - 0,016 м2;

Свободное сечение тарелки - 0,51 м2;

Относительная площадь перелива - 4,1%;

Масса - 21,0 кг

5. Расчет числа тарелок

Рис.5 Определение теоретического числа тарелок.

5.1 Число теоретических тарелок

Графическим методом находим общее число теоретических тарелок

nт = 11,нижняя часть - 4

верхняя часть - 7.

5.2 Средний к. п. д. тарелки

Вязкость жидкости на питающей тарелке:

ln = хlnA + (1 - x) lnB

где А = 0,22 мПас - вязкость ацетона [1c.512]

В = 0,55 мПас - вязкость этанола [1c.512]

lnж = 0,254ln0,22 + (1 - 0,254) ln0,55

откуда = 0,44 мПас

Коэффициент относительной летучести:

= РА/РВ =1050/480 = 2,2

nв = 7/0,49 = 14

в нижней части колонны:

nн = 4/0,49 = 8

Строим y-x-диаграмму (рис.2) и находим значение y_F* = 0,48, тогда минимальное флегмовое число:

R_min = (x_p - y_F) / (y_F - x_F = (0,901 - 0,48) / (0,48 - 0,254) = 1.86

y_F = 0,42; y_p = 0,901; y_W = 0,032 (из y* - x диаграммы)

у_ср_._в= 0,5 (y_F + y_p) = 0,5 (0,420 + 0,901) = 0,66t_ср_._в = 59 С

у_ср_._н= 0,5 (0,420 + 0,032) = 0,23 t_ср_._н = 68 С

М_ср_._в = 0,6658 + 0,3446 = 53,9 кг/моль

М_ср_._н = 0,2358 + 0,7746 = 48,8 кг/моль

G_в = Р (R + 1) М_ср_._в /М_р = 0,369 (3,30+1) 53,9/56,8 = 1,51 кг/с

G_н = Р (R + 1) М_ср_._н /М_р = 0,369 (3,90+1) 48,8/56,8 = 1,36 кг/с

х_ср_._в = (х_F + x_р) / 2 = (0,254 + 0,901) /2 = 0,578

х_ср_._н = (0,254 + 0,032) /2 = 0,143

М_ср_._в = 0,57858 + 0,42246 = 52,9 кг/моль

М_ср_._н = 0,14358 + 0,85746 = 47,7 кг/моль

L_в = PRM_c_р_._в / М_р = 0,3693,3052,9/56,8 = 1,13 кг/с

L_H= PRM_c_р_._н/М_р+FM_c_р_._н/М_F=

По диаграмме t - x, y*, находим температуры исходной смеси, дистиллята и кубового остатка: t_F = 68 C; t_p = 57 C: t_W = 76 C

Плотности компонентов при этих температурах, кг/м³

w_пв = 0,84710^-4700 [ (748 - 1,98) /1,98] ^1/2 = 1,15 м/с

w_пн = 0,84710^-4700 [ (742 - 1,74) /1,74] ^1/2 = 1,22 м/с

= [1,51/ (1,980,7851,15)] ^1/2 = 0,91 м

= [1,36/ (1,740,7851,22)] ^1/2 = 0,86 м

w_пв = 1,15 (0,91/0,8) ² = 1,48 м/с

w_пн = 1,22 (0,86/0,8) ² = 1,41 м/с

Свободное сечение колонны - 0,51 м²;

Сечение перелива - 0,016 м²;

Свободное сечение тарелки - 0,51 м²;

n_т = 11,нижняя часть - 4

ln = хln_A + (1 - x) ln_B

где _А = 0,22 мПас - вязкость ацетона [1c.512]

_В = 0,55 мПас - вязкость этанола [1c.512]

ln_ж = 0,254ln0,22 + (1 - 0,254) ln0,55

= Р_А/Р_В =1050/480 = 2,2

n_в = 7/0,49 = 14

n_н = 4/0,49 = 8

Принимаем расстояние между тарелками Н_т = 400 мм, тогда высота нижней и верхней части составит:

Н_н = (N_н - 1) Н_т = (8 - 1) 0,4 = 2,8 м

Н_в = (N_в - 1) Н_т = (14 - 1) 0,4 = 5,2 м

Р_с = w_п² _п/ (2²)

Р_сн = 1,51,41²1,74/ (20,100²) = 259 Па

Р_св = 1,51,48²1,98/ (20,100²) = 325 Па

= 0,5 (_А + _В) = 0,5 (0,019 + 0,017) = 0,018 Н/м

Р_б = 4/d_э =40,018/0,05 = 2 Па

где d_э = 0,05 м - диаметр отверстий

Р_сл = g_жh₀

где h₀ - высота светлого слоя жидкости на тарелке

h₀ = 0,787q^0,2h_п^0,56w_Т^m [1 - 0,31exp ( - 0,11)] (_ж/_и) ^0,09

h_П = 0,04 м - высота сливного порога

w_т = w_пS_к/S_т - скорость пара отнесенная к рабочей площади тарелки

_в = 0,059 Н/м - поверхностное натяжение воды [1c.537]

m - показатель степени m = 0,05 - 4,6h_п = 0,05 - 4,60,04 = - 0,134

h_он = 0,787 [2,24/ (7480,57)] ^0,20,04^0,56 (1,410,502/0,41) - ^0,¹³⁴

[1 - 0,31exp ( - 0,110,44)] (0,018/0,059) ^0,09 = 0,027 м

h_ов = 0,787 [1,13/ (7420,57)] ^0,20,04^0,56 (1,480,502/0,41) - ^0,¹³⁴

[1 - 0,31exp ( - 0,110,44)] (0,018/0,059) ^0,09 = 0,023 м

Р_н_._сл = 7489,80,027 = 198 Па

Р_в_._сл = 7429,80,023 = 167 Па

Р = Р_с + Р + Р_сл

Р_н =259 + 2 + 198 = 459 Па

Р_в = 325 + 2 + 167 = 494 Па

Р_к = 4598 + 49414 =10588 Па

Q_д = Р (1 + R) r_р = 0,369 (1+3,30) 554 = 879 кВт

где r_р - теплота конденсации флегмы

r_р = r_A+ (1 - ) r_в = 0,92525 + (1 - 0,92) 882 = 554 кДж/кг

где r_A = 525 кДж/кг - теплота конденсации ацетона

r_в = 882 кДж/кг - теплота конденсации этанола

t_б = 57 - 20 = 37 С

t_м = 57 - 30 = 27 С