Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Техническое задание по проектированию

2. Введение

3. Схема ректификационной установки

4. Расчётная часть:

4.1 Материальный баланс

4.2 Определение скорости пара и диаметра колонны

4.3 Определение числа тарелок и высоты колонны

4.4 Гидравлический расчёт колонны

4.5 Тепловой расчёт установки

4.6 Определение диаметров штуцеров

5. Подбор стандартных деталей

5.1 Штуцера

5.2 Опора аппарата

5.3 Фланцы

5.4 Днище

6. Общие сведения о компонентах смеси и ТБ ведения процесса

7. Список использованной литературы

Спецификация

1. Техническое задание по проектированию

Рассчитать и спроектировать ректификационную колонну с клапанными тарелками для разделения под атмосферным давлением, с расходом GF т/ч бинарной смеси S (этиловый спирт - декан) с концентрацией низкокипящего компонента % (масс). Исходная смесь поступает в колонну при температуре кипения. Требования к чистоте продуктов: % (масс), % (масс).

= 9 т/ч ;

= 50%;

= 93%;

= 4%.

2. Введение

В ряде производств химической, нефтяной, пищевой и других отраслей промышленности в результате различных технологических процессов получают смеси жидкостей, которые необходимо разделить на составные части.

Для разделения смесей жидкостей и сжиженных газовых смесей в промышленности применяют способы простой перегонки (дистилляции), перегонки под вакуумом, ректификации, экстракции. Ректификацию широко используют в промышленности для полного разделения смесей летучих жидкостей, частично или целиком растворимых одна в другой.

Сущность процесса ректификации сводится к выделению одной или нескольких жидкостей в более или менее чистом виде из смеси двух или в общем случае нескольких жидкостей с различными температурами кипения. Это достигается нагреванием и испарением такой смеси с последующим многократным тепло- и массообменом между жидкой и паровой фазами; в результате часть легколетучего компонента переходит из жидкой фазы в паровую, а часть менее летучего компонента--из паровой фазы в жидкую.

Процесс ректификации осуществляют в ректификационной установке, включающей ректификационную колонну, дефлегматор, холодильник-конденсатор, подогреватель исходной смеси, сборники дистиллята и кубового остатка. Дефлегматор, холодильник-конденсатор и подогреватель представляют собой обычные теплообменники. Основным аппаратом установки является ректификационная колонна, в которой пары перегоняемой жидкости поднимаются снизу, а навстречу парам сверху стекает жидкость, подаваемая в верхнюю часть аппарата в виде флегмы. В большинстве случаев конечными продуктами являются дистиллят (сконденсированные в дефлегматоре пары легколетучего компонента, выходящие из верхней части колонны) и кубовый остаток (менее летучий компонент в жидком виде, вытекающий из нижней части колонны).

Дефлегматор обычно представляет собой кожухотрубчатый теплообменник. В ряде случаев в дефлегматоре происходит конденсация всех паров, вышедших из колонны. В концевом холодильнике дистиллят охлаждается до заданной температуры. Иногда в дефлегматоре конденсируется лишь часть паров для получения флегмы, а полная конденсация и охлаждение происходят в холодильнике.

Ректификационные установки снабжают также приборами для регулирования и контроля режима работы и нередко аппаратами для утилизации тепла.

Процесс ректификации может протекать при атмосферном давлении, а также при давлениях выше и ниже атмосферного. Под вакуумом ректификацию проводят, когда разделению подлежат высококипящие жидкие смеси. Повышенные давления применяют для разделения смесей, находящихся в газообразном состоянии при более низком давлении. Степень разделения смеси жидкостей на составляющие компоненты и чистота получаемых дистиллята и кубового остатка зависят от того, насколько развита поверхность фазового контакта, а следовательно, от количества орошающей жидкости (флегмы) и устройства ректификационной колонны.

В промышленности применяют насадочные, колпачковые, ситчатые, клапанные пленочные трубчатые колонны и другие. Они различаются в основном конструкцией внутреннего устройства аппарата, назначение которого -- обеспечение взаимодействия жидкости и пара. Это взаимодействие происходит при барботировании пара через слой жидкости на тарелках, либо при поверхностном контакте пара и жидкости на насадке или поверхности жидкости, стекающей тонкой пленкой.

Насадочные колонны широко распространены. Преимуществом их являются простота устройства и невысокая стоимость. Другое существенное преимущество насадочных колонн - низкое гидравлическое сопротивление. Насадочные колонны малопригодны для работы при низкой плотности орошения, для них характерны ограниченные интервалы нагрузок по пару и жидкости. Для стабильной работы насадочной колонны необходимо обеспечить равномерное распределение жидкости по сечению, с помощью оросителей. Кроме того, в насадочных колоннах затруднен отвод тепла из слоя насадки.

Тарельчатые колонны нашли не менее широкое применение в промышленности. Это массообменные вертикальные колонные аппараты, секционированные по высоте поперечными контактными массообменными устройствами (тарелками). Восходящий поток пара последовательно барботирует через слои жидкости на тарелках. В барботажном режиме работают ситчатые, колпачковые, клапанные, а также провальные тарелки. Для тарелок первых трех типов барботаж газа и движение жидкости происходят в условиях перекрестного тока благодаря равномерно распределенным на полотне тарелок их элементам (отверстиям, колпачкам, клапанам) и наличию переливных устройств. На провальных тарелках реализуется противоточный контакт фаз. Для тарельчатых колонн характерны высокая четкость разделения исходной смеси, широкий диапазон нагрузок по пару и жидкости, высокая производительность. Недостатками данных колонн являются: высокая стоимость вследствие сложности устройства, а также повышенное гидравлическое сопротивление.

Ситчатые тарелки имеют большое занятое отверстиями сечение тарелки, а следовательно, и высокую производительность по пару, для них характерны простота изготовления, малая металлоемкость. Недостаток -- высокая чувствительность к точности установки. Аппараты с ситчатыми тарелками не рекомендуется использовать для работы на загрязненных средах, это может вызвать забивание отверстий.

Колпачковые тарелки показывают неплохую массообменную эффективность, имеют значительный интервал нагрузок по пару. Пары с предыдущей тарелки попадают в паровые патрубки колпачков и барботируют через слой жидкости, в которую частично погружены колпачки. Колпачки имеют отверстия или зубчатые прорези, расчленяющие пар на мелкие струйки для увеличения поверхности соприкосновения его с жидкостью. Ограниченность их применения заключается в дороговизне по причине повышенной металлоемкости. Кроме того, колпачковые тарелки обладают повышенным гидравлическим сопротивлением, склонны к забивке.

Клапанные тарелки показывают высокую эффективность при значительных интервалах нагрузок благодаря возможности саморегулирования. В зависимости от нагрузки клапан перемещается вертикально, изменяя площадь живого сечения для прохода пара, причем максимальное сечение определяется высотой устройства, ограничивающего подъем. Клапаны изготовляют в виде пластин круглого или прямоугольного сечения с верхним или нижним ограничителем подъема. Недостатком клапанных тарелок является высокое гидравлическое сопротивление.

Провальные тарелки наиболее просты по конструкции, обладают низким гидравлическим сопротивлением. Характеризуются отсутствием переливных устройств. Но данный вид тарелок имеет низкую массообменную эффективность, узкий интервал нагрузок по пару и жидкости.

Трубчатые пленочные ректификационные колонны состоят из пучка вертикальных труб, по внутренней поверхности которых тонкой пленкой стекает жидкость, взаимодействуя с поднимающимся по трубам паром. Диаметр применяемых трубок - 5-20 мм. Эффект работы пленочного аппарата возрастает с уменьшением диаметра трубок. Трубчатые колонны характеризуются простотой изготовления, высокими коэффициентами массопередачи и весьма малыми гидравлическими сопротивлениями движению пара. Многотрубные и длиннотрубные колонны с искусственным орошением имеют значительно меньшие габаритные размеры и массу, чем тарельчатые.

Все ректификационные установки, независимо от типа и конструкции колонн, классифицируют на установки периодического и непрерывного действия.

В ректификационных установках периодического действия начальную смесь заливают в перегонный куб, где поддерживается непрерывное кипение с образованием паров. Пар поступает в колонну, орошаемую частью дистиллята. Другая часть дистиллята из дефлегматора или концевого холодильника, охлажденная до определенной температуры, поступает в сборник готового продукта. В колоннах периодического действия ректификацию проводят до тех пор, пока жидкость в кубе не достигает заданного состава. Затем обогрев куба прекращают, остаток сливают в сборник, а в куб вновь загружают на перегонку начальную смесь. Установки периодической ректификации успешно применяют для разделения небольших количеств смесей. Большим недостатком ректификационных установок периодического действия является ухудшение качества готового продукта (дистиллята) по мере протекания процесса, а также потери тепла при периодической разгрузке и загрузке куба. Эти недостатки устраняются при непрерывной ректификации.

Колонны непрерывного действия состоят из нижней (исчерпывающей) части, в которой происходит удаление легколетучего компонента из стекающей вниз жидкости, и верхней (укрепляющей) части, назначение которой--обогащение поднимающихся паров легколетучего компонента. Схема установки непрерывной ректификации отличается от периодической тем, что питание колонны начальной смесью определенного состава происходит непрерывно с постоянной скоростью; готовый продукт постоянного качества также непрерывно отводится.

Целью проектного расчета ректификационной колонны для разделения бинарной смеси этиловый спирт-декан является определение диаметра колонны, числа контактных устройств в укрепляющей и исчерпывающей частях колонны, высоты колонны, гидравлического сопротивления тарелки и колонны в целом при заданных составах исходной смеси, расхода исходной смеси и давления в колонне. [6, с.24]

3. Схема ректификационной установки

1- корпус колонны;

2- тарелка;

3- тарелка питания;

4- подогреватель питания;

5- кипятильник;

6- дефлегматор;

7- конденсатор (холодильник);

8- гидравлический затвор;

GF , GV , G R , G D, GW ,- мольные расходы питания, паров выходящих с верху колонны , флегмы, дистиллята и остатка .

XF , XD , XW - мольные доли НК в питании, дистилляте и остатке . [ 12, с. 279 ]

4. Расчетная часть

4.1 Материальный баланс

Пусть GD и GW - массовые расходы

дистиллята и кубового остатка, кг/час

Уравнение материального баланса:

GD+ GW = GF - по потокам;

GD•D+ GW•w = GF•F - по НК.

GF =9 т/ч=9000 кг/ч

Из системы уравнений материального баланса определяем:

GW= 4348кг/ч; GD = 4652 кг/ч.

Сделаем перерасчет концентраций из массовых долей в мольные:

М(С2Н6О)НК = 46,07кг/кмоль, , [ 2, c.541 ]

М(С10Н22)ВК = 142,29кг/кмоль, , [ 7, с.637 ]

Питание:

XF = =

Дистиллят:

XD = =

Кубовый остаток:

XW = =

Таблица 1 [1,с. 632 ]

x	0,0	1,2	1,8	2,2	3,7	5,0	7,0	8,6	11,8	20,0	37,0	62,0	79,0	91,0	100,0
y	0,0	32,5	46,0	58,0	77,6	84,6	90,0	92,0	93,5	94,8	95,8	96,2	96,5	97.7	100,0

Находим по диаграмме состав-состав (x-y) , которую мы построили по данным о фазовом равновесии разделяемой бинарной системы:

= 0,964? мольная доля НК в паре, равновесном с жидкостью питания.

Вычисляем минимальное флегмовое число:

Rmin =

Rmin = (0,980-0,964) / (0,964-0,735) =0,016/0,23=0,0696

Рабочее флегмовое число:

R= 1,3·Rmin + 0,3;

R= 1,3·0,0696 + 0,3 = 0,390

Определяем число питания:

F=

F= (0,980-0,114) / (0,735-0,114) = 1,39

Составим уравнения рабочих линий: [2, с. 320]

а) для верхней (укрепляющей) части колонны:



y =

y=0,281x + 0,705

б) для нижней (исчерпывающей) части колонны:

y =

y=1,28х - 0,032

4.2 Определение скорости пара и диаметра колонны

Средние концентрации жидкости:

а) верх колонны

б) Низ колонны:

Средние концентрации пара (по уравнениям рабочих линий):

а) верх колонны

б) Низ колонны:

Находим средние температуры пара и по диаграмме температура-состав, состав (t-x,y, которую мы строим по равновесным данным [1, с. 632]:

= 86 0С; = 146 0С.

Средние мольные массы пара:

а) верх колонны

= 0,945·46,07+(1-0,945)·142,29=51,362кг/кмоль

б) низ колонны:

=0,53·46,07+(1-0,53)·142,29=91,3 кг/кмоль

Определяем средние плотности пара:

а) верх

кг/м3;

б) низ

кг/м3;

Средняя плотность пара в колонне:

кг/м3;

Находим температуры флегмы и кубовой жидкости по диаграмме t-x,y при XD и XW:

79 0С; 88,50С.

а) плотность жидкого НК при 790С; =736,43 кг/м3; [2, с. 512]

б) плотность жидкого ВК при 88,50С; =667,6 кг/м3 [8, с.281 ]

Средняя плотность жидкости в колонне:

==702,0кг/м3;

Максимально допустимую скорость пара по колонне можно определить по формуле [2, с. 322]: .

Коэффициент Сmax вычисляем по формуле [3, с. 515]:

Сmax =[0,1k1k2- k3(q-35)] где:

Н- межтарельчатое расстояние = 0,3-0,4 м, принимаем Н=0,4 м;

q- линейная плотность орошения, то есть отношение объемного расхода жидкости к периметру слива П (длине сливной планки) ; q=q0= 10 - 25 м2/ч, принимаем q=10 м2/ч;

k1=1,15, k2=1 при атмосферном и повышенном давлениях, k3=0,34·10-3.

Сmax =[0,1·1,15·1·-0,34·10-3· (10-35)]=0,0812

=0,0812=1,436м/с.

Определяем мольную массу дистиллята:

=0,980·46,07+(1-0,980)·142,29=47,9 кг/кмоль.

Средняя температура пара в колонне:

0С.

Объемный расход пара в колонне:

м3/с.

Вычисляем диаметр колонны:

 м

Выбираем ближайший больший диаметр колонны D=1000 мм [5, с.197]

Тогда фактическая скорость:

===1,53 м/с.

Определяем периметр слива П:

П= (0,7?0,75) D . Принимаем П=0,72 D =0,72м;

b= D /2 • [1- 0,153 м.

Определяем среднюю мольную массу жидкости в верхней части колонны:

кг/кмоль.

Объемный расход жидкости в верхней части колонны:

м3/ч;

Линейная плотность орошения в верхней части колонны:

 м2/ч

4.3 Определение числа тарелок и высоты колонны

Строим рабочую диаграмму процесса ректификации y-x, т.е , чертим равновесную и рабочие линии процесса. Вписываем прямоугольные треугольники между равновесной и рабочими линиями в интервале х=XW - XD. Получаем число теоретических тарелок в верхней и нижней части колонны:

n?Т =2; n"T=2



Находим по справочнику значения давлений насыщенного пара компонентов:

= 750 мм.рт.ст.; = 98 мм.рт.ст. [2, с. 565]

;

и коэффициент динамической вязкости жидкой смеси µ при средней температуре в колонне:

t cp = 0 C

; ; [2, с. 517]

, где

=(0,857+0,411)/2=0,634;

=0,634·lg 0,394 + 0,366·lg 0,420= - 0,394 ; .

Определяем произведение:

Находим по рис. 7.4. [2, с. 323] средний КПД тарелок

Длина пути жидкости на тарелке м.

По рис. 7.5. [2, с. 324] находим поправку на длину пути , так как <0,9 м, то =0

.

Вычисляем число действительных тарелок в верхней и нижней частях колонны:

= =5,56, принимаем 6 ;

= =5,56, принимаем 6.

Общее число тарелок в колонне:

=6+6=12.

С запасом 15%-20% =1,15·12=13,8 ;

Принимаем n = 14 тарелок.

Высота тарельчатой части колонны:

=(14-1)·0,4=5,2 м.

Порядковый номер действительной тарелки питания:

1,15•6=6,9; принимаем 7.

1,15•6=6,9; принимаем 7. Номер тарелки питания n=7.

4.4 Гидравлический расчет колонны

4.4.1 Гидравлическое сопротивление тарелки равно сумме потерь напора на сухой тарелке и в слое жидкости:

а) верхняя часть колонны:

Потеря напора на неорошаемой тарелке

- коэффициент сопротивления; для клапанной тарелки при полностью открытом клапане =3,63;

скорость пара в отверстии, м/с;

где доля свободного сечения тарелки, [9, с. 11]

=1,744 кг/м3 ? средняя плотность пара в верхней части колонны.

=14,36 м/с.

Тогда:

=652,1 Па.

Потеря напора в слое жидкости:

где

высота сливной планки, м; ориентировочно принимаем 50-70 мм;

подпор жидкости над сливной планкой;

? средняя плотность жидкости;

? объемный расход жидкости в верхней части колонны, м3/ч.

=0,008 м.

Тогда:

P=702,0·9,81(0,05+0,008)=399,4 Па.

Определяем сопротивление орошаемой тарелки:

=652,1+399,4=1052Па

б) нижняя часть колонны:

Сопротивление сухой тарелки:

? средняя плотность пара в нижней части колонны.

Средняя мольная масса жидкости в нижней части колонны:

=0,411·46,07+(1-0,411)·142,29=102,7 кг/кмоль.

Средняя мольная масса питания:

=0,735·46,07+(1-0,735)·142,27=71,6 кг/кмоль.

Объемный расход жидкости в нижней части колонны:

.

Подпор жидкости над сливной планкой:

.

Сопротивление слоя жидкости на тарелке:

=702,0·9,81·(0,05+0,031)=557,8 Па.

Сопротивление орошаемой тарелки:

=951,6+557,8=1509,4 Па.

Суммарное сопротивление всех тарелок:

=6·1052+6·1509,4=15368,5 Па.



4.4.2 Проверка работоспособности тарелок

Она проводится по величине межтарельчатого уноса жидкости или по пропускной способности переливного устройства.

Тарелка работает устойчиво при:

< +, /В/

y < b. /С/

-высота слоя вспененной жидкости в переливном кармане, м;

y - вылет ниспадающей струи, м;

b - максимальная ширина переливного кармана (стрелка сегмента);

где

?высота слоя невспененной жидкости в сливном устройстве, м;

?относительная плотность вспененной жидкости;

для слабо и средневспенивающихся жидкостей,

принимаем: .

Высота слоя светлой жидкости:

,

?сопротивление тарелки,

?градиент уровня жидкости на тарелке, м.

Для клапанных тарелок можно принять =0,005-0,010 м [4, с. 287].

Сопротивление движению жидкости в перетоке [4, с.273]

;

Скорость жидкости в минимальном сечении переливного кармана [4, с. 275].

колонна смесь разделение штуцер

для средне- и слабопенящихся жидкостей, принимаем: .

скорость всплывания пузырей грибообразной формы.

средний коэффициент поверхностного натяжения жидкости при средней температуре в колонне:

(79+88,5)/2=83,75 0C.

+) /2 = 0,448

Коэффициент поверхностного натяжения: при температуре в колонне tср=83,75 0С (нк) =16,05·10-3 H/м [2,с.566];

(вк)=17,16 ·10-3 H/м, [10, с.76]

Тогда =0,448·16,05·10-3+(1-0,448)·17,16·10-3=0,0167 H/м.

Скорость всплывания пузырей грибообразной формы:

Скорость жидкости в минимальном сечении переливного кармана:

Сопротивление движению жидкости в перетоке:

=1,6·702,0·0,1162=15,1 Па.

Высота слоя светлой жидкости:

м.

Вылет струи [6, с. 199]

Условие /В/ выполняется:

< +,

0,446 < 0,40+0,05 ;

0,446< 0,45

Условие /С/ выполняется:

y < b ,

0,054 < 0,153

Рабочая скорость пара в отверстии тарелки не должна быть меньше минимальной скорости пара в отверстии тарелки, обеспечивающей беспровальную работу клапанной тарелки [4,с.285]:

14,36 > 3,371;

>?условие выполняется.

4.5 Тепловой расчет установки

4.5.1 Расход тепла, отдаваемого парами воде при конденсации в дефлегматоре:

.

теплота конденсации паров Дж/кг;

,

[2,с.541]

[8,с.280]

4.5.2 Расход тепла, получаемого кубовой жидкостью от греющего пара в кипятильнике:

.

, при 79 0С;

, при 88,5 0С;

, при 80,1 0С.

Все значения теплоемкостей находим из справочников:

При 79 0С: C =3226,3 [2, с. 562]

C =2424,3 [ 8,с.281]

=0,93·3226,3+(1- 0,93)·2424,3=3170 .

При 88,5 0С: C =3435,8 [2, с. 562]

C =2501,1 [ 8, с.281]

=0,04·3435,8+(1 - 0,04)·2501,1 = 2538,5 .

При 80,10С: C =3268,2 [2, с. 562]

C = 2428,1 , [8, с.281]

.

=1,03·[1455184+(·3170·79+·2538,5·88,5-·2848,15·80,1)]= 1524802

4.5.3 Расход тепла в паровом подогревателе питания

При 0С: = 2891,1 [2,с.562]

= 2290,3 [8, с.281]

=0,50·2891,1+(1 - 0,50)·2290,3=2590,7 .

.

4.5.4 Расход тепла, отдаваемого дистиллятом воде в холодильнике

.

При 0С: = 2933 [2,с.562]

= 2306,3 [8, с.281].

=0,93·2933+(1 - 0,93)·2306,3 =2889.

4.5.5 Расход тепла, принимаемого водой от кубового остатка в холодильнике

.

При 0С: =3008,42 [2,с.562]

=2339 [8, с.281].

=0,04·3008,42+(1 - 0,04)·2339 =2365,8

4.5.6 Расход греющего пара с давлением =4 ат и степенью сухости x=95%

а) в кипятильнике:

кг/с

удельная массовая теплота конденсации греющего пара при давлении 4 ат., [2, с. 550]

б) в подогревателе питания:

.

Всего пара 0,96 кг/с или 3,447 т/ч.

Расход охлаждающей воды при нагреве ее на 20 0С

а) в дефлегматоре:

,

? теплоемкость воды при 20 0С [2,с.537]

;

б) в холодильнике дистиллята:

в) в холодильнике кубового остатка:



Всего воды 21,936 кг/с или 78,97 т/ч.

4.6 Определение диаметра штуцеров

Присоединение трубной арматуры к аппарату, а так же технологических трубопроводов для подвода и отвода различных жидких и газообразных продуктов производится с помощью штуцеров или водных труб которые могут быть разъемными и неразъемными. По условиям ремонтоспособности чаще применяются различные соединения (фланцевые штуцера).

Стальные фланцевые штуцера стандартизованы и представляют собой патрубки из труб приваренными к ним фланцами или кованые заодно с фланцами. В зависимости от толщины стенок патрубки штуцеров бывают тонкостенные и толстостенные что вызывается необходимостью укрепления отверстия в стенке аппарата патрубком с разной толщиной его стенки.

Диаметры штуцеров определим по объемному расходу жидкости Q или пара и по их рекомендуемой скорости w .

Питание подается в колонну насосом (вынужденное движение:), принимаем 1,5 м/с. Флегма, кубовая жидкость и кубовый остаток текут самотеком (), принимаем 0,3 м/с. Для паров , принимаем 30 м/с .

4.6.1 Диаметр штуцера для ввода в колонну питания:

При температуре питания =80,1 0С находим по справочникам

[2, с. 512].

[8, с. 281].

Плотность питания:

= +

= + = 0,00138 м?/кг

=720,693 кг/м?.

Объемный расход питания:

.

м/ с - скорость жидкости при нагнетании.

d = = = 0,0513 м или d=51,3 мм

Выбираем стандартный диаметр штуцера по таблице 10.2 [11, с. 175]

d=50 мм.

4.6.2Диаметр штуцера для подачи флегмы

Массовый расход флегмы

Определяем плотность НК при температуре верха 79 0С: [2, с. 512].

Объемный расход флегмы:

= = = 0,00068 м?/с

м/ с - скорость течения флегмы (самотек).

Диаметр штуцера:

d = = = 0,049 м или d=49мм

Выбираем стандартный диаметр штуцера по таблице 10.2 [11, с. 175]

d=50 мм.

4.6.3 Диаметр штуцера для вывода паров из колонны

Массовый расход паров:

Плотность паров:

= = =1,595 кг/м?

Объемный расход паров:

= = = 1,126 м?/с

Диаметр штуцера:

d = = = 0,1994 м или d=199,4мм

Выбираем стандартный диаметр штуцера по таблице 10.2 [11, с. 175]

d=200 мм.

4.6.4 Диаметр штуцера для вывода кубовой жидкости из колонны

В первом приближении мольные расходы пара и жидкости не изменяются по высоте колонны (кроме тарелки питания, т.к. на нее поступает исходная смесь), поскольку при конденсации одного моля ВК из пара испаряется один моль НК из жидкости. Если мольные массы НК и ВК близки, то по высоте колонны не изменяются и массовые расходы. В противном случае массовый расход жидкости на тарелке питания может сильно отличаться от расхода кубовой жидкости.

Средняя мольная масса питания:

= • + (1-) • = 0,735•46,07+ (1-0,735)• 142,29=71,664 кг/кмоль

Мольный расход питания:

= = = 0,035 кмоль/с

Мольный расход флегмы:

= = = 0,0109кмоль/с

Мольный расход кубовой жидкости:

==0,035+0,0109=0,0459 кмоль/с

Массовый расход кубовой жидкости:

==0,0459•142,29 = 6,531 кг/с Плотность кубовой жидкости примерно равна при :

=88,50С [8, с. 281].

Объемный расход кубовой жидкости:

= = = 0,0098 м?/с

м/ с - кубовая жидкость течет самотеком.

Диаметр штуцера:

d = = = 0,198 м или d=198 мм

Выбираем стандартный диаметр штуцера по таблице 10.2 [11, с. 175]

d=200 мм.

4.6.5 Диаметр штуцера для выхода кубового остатка

Объемный расход кубового остатка:

=94,80С [8, с. 281].

= = 0,0018 м?/с

Диаметр штуцера:

d = = = 0,085 м или d=85 мм

Выбираем стандартный диаметр штуцера по таблице 10.2 [11, с. 175]

d=80 мм.

4.6.6 Диаметр штуцера для ввода парожидкостной смеси в куб колонны

Массовый расход парожидкостной смеси

= - =6,531- = 5,323кг/с

Плотность паров:

= •

=88,50С

-абсолютное давление в кубе колонны

= + ?Р

-барометрические давление;

?Р -суммарное гидравлическое сопротивление всех тарелок; ?Р =15368,5 Па;

- нормальное давление, = 1 атм;

= 101325 + 15368,5 = 116693,5 Па.

= • = 5,525 кг/м?

Считаем, что в пределе в кипятильнике испаряется вся жидкая фаза.

Объемный расход парожидкостной смеси ( в пределе):

= = =0,963м?/с

Диаметр штуцера:

d = = = 0,202 м или d=202 мм

Выбираем стандартный диаметр штуцера по таблице 10.2 [11, с. 175]

d=200 мм.

4.6.7 Диаметр штуцера для подогревателя питания

Плотность пара при абсолютном давлении 4атм. = 2,12 кг/м?.

Объемный расход пара:

= = = 0,098 м?/с

40 м/с - скорость движения пара.

Диаметр штуцера:

d = = = 0,056 м или d=56 мм

Выбираем стандартный диаметр штуцера по таблице 10.2 [11, с. 175]

d=50 мм.

4.6.8 Диаметр штуцера для кипятильника

Объемный расход пара:

= = = 0,354 м?/с

Диаметр штуцера:

d = = = 0,106м или d=106 мм

Выбираем стандартный диаметр штуцера по таблице 10.2 [11, с. 175]

d=125 мм

4.6.9 Диаметр штуцера для дефлегматора

Плотность воды принимаем = 1000кг/м?

Объемный расход воды:

Диаметр штуцера:

d = = = 0,121м или d=121 мм

Выбираем стандартный диаметр штуцера по таблице 10.2 [11, с. 175]

d=125 мм

4.6.10 Диаметр штуцера для холодильника дистиллята

= = = 0,002406 м?/с

Диаметр штуцера:

d = = = 0,045м или d=45мм

Выбираем стандартный диаметр штуцера по таблице 10.2 [11, с. 175]

d=50 мм.

4.6.11 Диаметр штуцера для холодильника кубового остатка

= = = 0,00217 м?/с

Диаметр штуцера:

d = = = 0,043м или d=43мм

Выбираем стандартный диаметр штуцера по таблице 10.2 [11, с. 175]

d=50 мм.

5. Подбор стандартных деталей

5.1 Штуцера

Присоединение трубной арматуры к аппарату, а также технологических трубопроводов для подвода и отвода различных жидких или газообразных продуктов производится с помощью штуцеров или вводных труб, которые могут быть разъемными и неразъемными. По условиям ремонтоспособности чаще применяются разъемные соединения (фланцевые штуцера).

Стальные фланцевые штуцера стандартизованы и представляют собой патрубки из труб с приваренными к ним фланцами или кованые заодно с фланцами. В зависимости от толщины стенок патрубки штуцеров бывают тонкостенные и толстостенные, что вызывается необходимостью укрепления отверстия в стенке аппарата патрубком с разной толщиной его стенки.

Конструкция стандартных стальных приварных фланцевых штуцеров: с приварным плоским фланцем и тонкостенным патрубком

Основные размеры патрубков, стандартных стальных фланцевых, тонкостенных штуцеров при .

Наименование	Dy	dT	ST	HT
Ввод питания	50	57	3	155
Вход флегмы	50	57	3	155
Вывод паров из колонны	200	219	6	160
Вывод кубовой жидкости	200	219	6	160
Выход кубового остатка	80	89	4	155
Ввод парожидкостной смеси в куб колонны	200	219	6	160
Вход пара в подогреватель питания	50	57	3	155
Вход пара в кипятильник	125	133	6	155
Вход воды в дефлегматор	125	133	6	155
Вход воды в холодильник дистиллята	50	57	3	155
Вход воды в холодильник кубового остатка	50	57	3	155

5.2 Опора аппарата

Установка химических аппаратов на фундаменты или специально несущие конструкции осуществляется большей частью с помощью опор. Непосредственно на фундаменты устанавливают лишь аппараты с плоским днищем.

В зависимости от рабочего положения аппарата различают опоры для вертикальных аппаратов и опоры для горизонтальных аппаратов. Вертикальные аппараты обычно устанавливают или на стойках, когда их размещают внизу в помещении, или на подвесных лапах, когда аппарат размещают между перекрытиями в помещении или на специальных стальных конструкциях.

Конструкция стандартных цилиндрических опор для стальных сварных колонных аппаратов с наружными стойками под болты .

По диаметру выбираем опору.

Основные размеры цилиндрических опор для колонных аппаратов

11000	11280	9950	11160	8	20	10	60	90	35	М30	66

5.3 Фланцы

В химических аппаратах для разъемного соединения стальных корпусов и отдельных частей применяются фланцевые соединения преимущественно круглой формы. На фланцах присоединяются к аппаратам трубы, арматуры и т.д. Фланцевые соединения должны быть прочными, жесткими, герметичными, доступными для сборки, разборки и ремонта. Фланцевые соединения стандартизованы для труб и трубной арматуры и отдельно для аппаратов.

Конструкция стандартных стальных плоских приварных фланцев для труб и трубной арматуры



Конструкция стандартных стальных плоских приварных фланцев аппаратов с гладкой уплотнительной поверхностью

Фланцы для труб и трубной арматуры стальные плоские приварные с соединительным выступом при .

Наименование
Ввод питания	50	140	110	90	59	13	3	14	М12	4
Вход флегмы	50	140	110	90	59	13	3	14	М12	4
Вывод паров из колонны	200	315	280	258	222	19	3	18	М16	8
Вывод кубовой жидкости	200	315	280	258	222	19	3	18	М16	8
Выход кубового остатка	80	185	150	128	91	15	3	18	М16	4
Ввод парожидкостной смеси в куб колонны	200	315	280	258	222	19	3	18	М16	8
Вход пара в подогреватель питания	50	140	110	90	59	13	3	14	М12	4
Вход пара в кипятильник	125	235	200	178	135	17	3	18	М16	8
Вход воды в дефлегматор	125	235	200	178	135	17	3	18	М16	8
Вход воды в холодильник дистиллята	50	140	110	90	59	13	3	14	М12	4
Вход воды в холодильник кубового остатка	50	140	110	90	59	13	3	14	М12	4

Фланцы для аппаратов стальные плоские приварные при .

1000	1130	1090	1052	40	10	23	М20	36

5.4 Днище

Днище является одним из основных элементов химических аппаратов. Цилиндрические цельносварные корпусы как горизонтальных, так и вертикальных аппаратов с обеих сторон ограничиваются днищами. Формы днищ бывают эллиптические, полушаровые, в виде сферического сегмента, конические и цилиндрические. Наиболее распространенной формой является эллиптическая. Они изготавливаются горячей штамповкой из плоских круглых заготовок, состоящих из одной или нескольких частей, сваренных между собой.

Конструкция эллиптического отбортованного днища (рис.7.1,а) [11, с.112]



Диаметр аппарата D=1000 мм.

Размеры эллиптических отбортованных днищ с внутренним базовым диаметром

1000	5	250	25

6. Техника безопасности и общие сведения о компонентах смеси

Оборудование производственное. Общие требования безопасности.

1. Материалы конструкции производственного оборудования не должны оказывать опасное и вредное воздействие на организм человека на всех заданных режимах работы и предусмотренных условиях эксплуатации, а также создавать пожаровзрывоопасные ситуации.

2. Конструкция производственного оборудования должна исключать на всех предусмотренных режимах работы нагрузки на детали и сборочные единицы, способные вызвать разрушения, представляющие опасность для работающих.

3. Конструкция производственного оборудования и его отдельных частей должна исключать возможность их падения, опрокидывания и самопроизвольного смещения.

4. Части производственного оборудования (в том числе трубопроводы гидро-, паро-, пневмосистем, предохранительные клапаны, кабели и др.), механическое повреждение которых может вызвать возникновение опасности, должны быть защищены ограждениями или расположены так, чтобы предотвратить их случайное повреждение работающими или средствами технического обслуживания.

5. Производственное оборудование должно быть пожаровзрывобезопасным в предусмотренных условиях эксплуатации.

6. Конструкция производственного оборудования, приводимого в действие электрической энергией, должна включать устройства (средства) для обеспечения электробезопасности: ограждение, заземление, зануление, изоляция токоведущих частей.

7. Конструкция производственного оборудования должна исключать опасность, вызываемую разбрызгиванием горячих обрабатываемых и (или) используемых при эксплуатации материалов и веществ.

8. Система управления должна обеспечивать надежное и безопасное ее функционирование на всех предусмотренных режимах работы производственного оборудования и при всех внешних воздействиях, предусмотренных условиями эксплуатации. Система управления должна исключать создание опасных ситуаций из-за нарушения работающим (работающими) последовательности управляющих действий.

При эксплуатации ректификационной колонны необходимо соблюдать следующие правила техники безопасности:

1. Ректификационная колонна перед пуском должна быть осмотрена, подвергнута испытанию на прочность давлением; проверена исправность и готовность к работе всех связанных с ней аппаратов и трубопроводов, исправность контрольно-измерительных приборов, регуляторов температуры и давления в колонне, измерителей уровня жидкости в нижней части колонны, приемниках ректификата, емкостях остатка.

2. Пуск ректификационной установки в работу должен производиться строго в установленной последовательности, которая должна быть указана в технологической инструкции.

3. При работе ректификационных колонн необходимо непрерывно контролировать параметры процесса и исправность аппаратуры.

4. В зимнее время на открытых установках не реже одного раза в смену необходимо проверять состояние колонн, продуктопроводов, водяных линий, дренажных отростков на паропроводах и аппаратах, спускных линий и т.п. В этот период следует обеспечить непрерывное движение жидкости в коммуникациях (особенно с водой) для предотвращения их разрыва. Спускные и дренажные линии, а также наиболее опасные участки для подачи воды, щелочи и других замерзающих жидкостей должны быть утеплены.

5. Необходимо следить за тем, чтобы поврежденные участки теплоизоляции ректификационных колонн и их опор своевременно исправлялись. Теплоизоляция должна быть чистой, исправной и выполнена так, чтобы при утечках не могли образоваться скрытые потоки жидкости по корпусу.

6. При обнаружении утечек в ректификационных колоннах, теплообменниках и других аппаратах необходимо подать водяной пар или азот к местам пропуска для предотвращения возможного воспламенения или образования смесей взрывоопасных концентраций.

8. В цехах и на открытых ректификационных и абсорбционных установках необходимо проверять наличие первичных средств пожаротушения и исправность имеющихся стационарных или полустационарных систем пожаротушения. [15, с.132]

Компоненты исходной смеси.

Декан - бесцветная легковоспламеняющаяся жидкость со слабым бензиновым запахом. Декан нерастворим в воде, ограниченно растворим в этаноле, хорошо растворим в неполярных растворителях. Температура вспышки 47?С, температура самовоспламенения 208?С.

Декан относится к классу предельных углеводородов. Химически наиболее инертны среди органических соединений, предельные углеводороды являются в то же время сильнейшими наркотиками. Практически действие предельных углеводородов ослабляется ничтожной растворимостью их в воде и крови, вследствие чего необходимы высокие концентрации в воздухе, чтобы создались опасные концентрации в крови. Токсическое действие: обладает наркотическим действием ввиду высокой липофильности.

ПДК паров декана в воздухе рабочей зоны составляет 300мг/м?. В условиях острого воздействия могут наблюдаться оглушение, головная боль, тошнота, рвота, замедление пульса. При отравлении необходимо вызвать

скорую медицинскую помощь. Пострадавшего вывести из зоны заражения на свежий воздух, обеспечить покой. [16,с.328]

Индивидуальна защита. При невысоких концентрациях пригоден

фильтрующий промышленный противогаз марки А. При очень высоких концентрациях - изолирующие шланговые противогазы с принудительной подачей воздуха. При длительном контакте - защита кожи: перчатки,

фартуки с непроницаемым покрытием, для защиты глаз необходимо использовать маски. Меры предупреждения. Герметизация аппаратуры и коммуникаций, надлежащая вентиляция помещений. Обязательны медицинские осмотры работников раз в 12 месяцев при работах, связанных с выделением декана и других предельных углеводородов.

Этиловый спирт (этанол, метилкарбинол) - легковоспламеняющаяся, бесцветная жидкость с характерным запахом, смешивается в любых соотношениях с водой и многими органическими растворителями. Температура вспышки 13?С, температура воспламенения 365?С.

Этанол применяется для синтеза многих органических соединений, для получения СК по методу Лебедева, в спирто-водочной и пивоваренной промышленности, в качестве растворителя лаков, для экстрагирования т.д.

ПДК паров этилового спирта в воздухе рабочей зоны составляют 1000 мг/м?. Общий характер действия: наркотик, вызывающий сначала возбуждение, а затем паралич центральной нервной системы. В организме человека этанол превращается в ацетальдегид и уксусную кислоту, которые приводят к токсическому поражению всех органов и тканей. При длительном воздействии больших доз может вызвать тяжелые органические заболевания нервной системы, печени, сердечно - сосудистой системы, пищеварительного тракта. [16, с.329]. Острое отравление парами этилового спирта на производстве (без приема внутрь) практически маловероятно, даже считая, что весь вдыхаемый спирт остается в организме. Случаи хронического отравления парами этилового спирта неизвестны.

Этанол в чистом виде вызывает у работающих сухость кожи, изредка образование трещин.

Признаки отравления: эмоциональная неустойчивость, нарушенная координация движений, покрасневшая кожа лица, тошнота и рвота, угнетение дыхательных функций и нарушение сознания (в тяжелых случаях).

В случае отравления этиловым спиртом необходимо вызвать бригаду скорой медицинской помощи. Если пострадавший находится в сознании, но у него наблюдаются выраженная слабость, заторможенность, сонливость, то до приезда врача можно дать ему понюхать ватку, смоченную нашатырным спиртом, и промыть желудок. Для промывания желудка нужно выпить 1--1,5 л воды с добавлением пищевой соды (1 ч. л. соды на 1 л воды), после чего следует вызвать рвотный рефлекс. Можно повторить процедуру несколько раз. Затем пострадавшего нужно согреть, так как алкоголь приводит к расширению поверхностных сосудов кожи, а это способствует быстрому охлаждению организма. Рекомендуется дать ему выпить крепкий чай или кофе. При наличии таблетированного активированного угля можно дать пострадавшему до 20 таблеток.

Индивидуальная защита. Тщательная защита органов дыхания. Использование фильтрующего промышленного противогаза марки А. Защита кожи (спецодежда, защитные перчатки) и глаз (маски, защитные очки).

Меры предупреждения: герметизация аппаратуры и коммуникаций, недоступность этилового спирта, разъяснительная работа, надлежащая вентиляция помещений [13, с.369].

Меры пожарной безопасности. Компоненты исходной смеси (декан, этиловый спирт) являются легковоспламеняющимися жидкостями. Резервуары, технологическое оборудование, трубопроводы и сливно-наливные устройства, связанные с приемом, хранением и перемещением этилового спирта, декана должны быть защищены от статического электричества. Электрооборудование должно быть во взрывобезопасном исполнении. Средства пожаротушения: песок, асбестовое одеяло, огнетушители углекислотные. [16,с.419].

7. Список использованной литературы

1. Коган В.Е, Фридман В.М, Кафаров В.В. Равновесие между жидкостью и паром. Справочник. Кн. 1-2. М.; Л.: Наука, 1966. -786 с.

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

3. Рамм В.М. Абсорбция газов. М.: Химия, 1976.-655 с.

4. Расчет основных процессов и аппаратов нефтепереработки / Под ред. Судакова. Справочник. М.: Химия, 1979.-568 с.

5. Основные процессы и аппараты химической технологии /Под ред. Ю.И. Дытнерского. Пособие по проектированию. М.: Химия, 1991-496с.

6. Александров И.А. Ректификационные и абсорбционные аппараты. М.:Химия,1978.-280 с.

7. Справочник химика. Том II.Основные свойства неорганических и органических соединений. Л.,М.:Химия,1964.-1168 с.

8. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Наука, 1972-720с.

9. Типовые колонные аппараты: руководство, Казань, 1982.-20 с.

10. Урядов В.Г., Аристов Н.В.,Курдюков А.И. Взаимосвязю «структура-свойство». Часть IV. Топологический подход к описанию поверхностного натяжения органических соединений., 2002.-77 с.

11. Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов. Справочник. Л.: Машиностроение, 1981.-382 с.

12. Скобло А.И., Трегубова И.А., Молоканов Ю.К. Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.М.:Химия, 1982.-584

13. Вредные вещества в промышленности. Справочник. Т I Органические вещества/Под ред. Н.В. Лазарева. Л.:Химия, 1976-538с.

14. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчет химической аппаратуры. Справочник. Л.: Машиностроение, 1970-752с.

15. ВНЭ 5-79 ППБО - 103 -79 Правила пожарной безопасности при эксплуатации предприятий химической промышленности, 322 с.

16. Справочник нефтехимика.Том 1./Под ред. Огородникова С.К. М.: 1978 - 496 с.

Размещено на Allbest.ru