Банк рефератов содержит более 364 тысяч рефератов, курсовых и дипломных работ, шпаргалок и докладов по различным дисциплинам: истории, психологии, экономике, менеджменту, философии, праву, экологии. А также изложения, сочинения по литературе, отчеты по практике, топики по английскому.
Полнотекстовый поиск
Всего работ:
364150
Теги названий
Разделы
Авиация и космонавтика (304)
Административное право (123)
Арбитражный процесс (23)
Архитектура (113)
Астрология (4)
Астрономия (4814)
Банковское дело (5227)
Безопасность жизнедеятельности (2616)
Биографии (3423)
Биология (4214)
Биология и химия (1518)
Биржевое дело (68)
Ботаника и сельское хоз-во (2836)
Бухгалтерский учет и аудит (8269)
Валютные отношения (50)
Ветеринария (50)
Военная кафедра (762)
ГДЗ (2)
География (5275)
Геодезия (30)
Геология (1222)
Геополитика (43)
Государство и право (20403)
Гражданское право и процесс (465)
Делопроизводство (19)
Деньги и кредит (108)
ЕГЭ (173)
Естествознание (96)
Журналистика (899)
ЗНО (54)
Зоология (34)
Издательское дело и полиграфия (476)
Инвестиции (106)
Иностранный язык (62792)
Информатика (3562)
Информатика, программирование (6444)
Исторические личности (2165)
История (21320)
История техники (766)
Кибернетика (64)
Коммуникации и связь (3145)
Компьютерные науки (60)
Косметология (17)
Краеведение и этнография (588)
Краткое содержание произведений (1000)
Криминалистика (106)
Криминология (48)
Криптология (3)
Кулинария (1167)
Культура и искусство (8485)
Культурология (537)
Литература : зарубежная (2044)
Литература и русский язык (11657)
Логика (532)
Логистика (21)
Маркетинг (7985)
Математика (3721)
Медицина, здоровье (10549)
Медицинские науки (88)
Международное публичное право (58)
Международное частное право (36)
Международные отношения (2257)
Менеджмент (12491)
Металлургия (91)
Москвоведение (797)
Музыка (1338)
Муниципальное право (24)
Налоги, налогообложение (214)
Наука и техника (1141)
Начертательная геометрия (3)
Оккультизм и уфология (8)
Остальные рефераты (21697)
Педагогика (7850)
Политология (3801)
Право (682)
Право, юриспруденция (2881)
Предпринимательство (475)
Прикладные науки (1)
Промышленность, производство (7100)
Психология (8694)
психология, педагогика (4121)
Радиоэлектроника (443)
Реклама (952)
Религия и мифология (2967)
Риторика (23)
Сексология (748)
Социология (4876)
Статистика (95)
Страхование (107)
Строительные науки (7)
Строительство (2004)
Схемотехника (15)
Таможенная система (663)
Теория государства и права (240)
Теория организации (39)
Теплотехника (25)
Технология (624)
Товароведение (16)
Транспорт (2652)
Трудовое право (136)
Туризм (90)
Уголовное право и процесс (406)
Управление (95)
Управленческие науки (24)
Физика (3463)
Физкультура и спорт (4482)
Философия (7216)
Финансовые науки (4592)
Финансы (5386)
Фотография (3)
Химия (2244)
Хозяйственное право (23)
Цифровые устройства (29)
Экологическое право (35)
Экология (4517)
Экономика (20645)
Экономико-математическое моделирование (666)
Экономическая география (119)
Экономическая теория (2573)
Этика (889)
Юриспруденция (288)
Языковедение (148)
Языкознание, филология (1140)

Курсовая работа: Расчет ректификационной колонны

Название: Расчет ректификационной колонны
Раздел: Рефераты по химии
Тип: курсовая работа Добавлен 19:40:01 16 июня 2011 Похожие работы
Просмотров: 39633 Комментариев: 4 Оценило: 6 человек Средний балл: 4.5 Оценка: 5     Скачать

Содержание

1. Задание на проектирование

2. Теоретическая часть

3. Схема ректификационной колонны

4. Расчет ректификационной колонны

4.1 Материальный баланс. Уравнения рабочих линий

4.2 Определение скорости пара и диаметра колонны

4.3 Гидравлический расчет тарелок

4.4 Определение числа тарелок и высоты колонны

4.5 Тепловой расчет установки

Вывод

Список использованных источников


1. Задание на проектирование

Рассчитать и спроектировать колонну ректификации (тарельчатую) для разделения смеси уксусной кислоты – вода поступающей в количестве 10 тонн в час. Состав исходной смеси 10% (масс.) уксусной кислоты и 90% (масс.) воды. Требуемое содержание уксусной кислоты в дистилляте 0,5% (масс.), а в кубовом остатке 70% (масс.). Ректификация производится под атмосферном давлении. Греющий пар имеет давление Ризб =3 атм.

Техническая характеристика

1. Аппарат предназначен для разделения смеси уксусная кислота – вода концентрацией 10% (масс).

2. Греющий пар имеет давление Р=3атм.

3. Температура среды в кубе до 105°С.

4. Среда в аппарате не токсичная.

5. Тип тарелок - ситчатые.

6. Число тарелок - 33.

Технические требования

1. При изготовлении, испытания и поставки аппарата должны выполняться требования:

А) ГОСТ 12.2.003-74 "Оборудование производственное. Общие требования безопасности"

Б) ГОСТ 26-291-79 "Сосуды и аппараты стальные сварные. Технические требования"

2. Материал тарелок или частей колонны, соприкасающимися с разделяемыми жидкостями или их парами, из стали Х18НЮТ ГОСТ 5949-75, остальные элементы колонны из стали ВСт Зсп. ГОСТ 380-71.

3. Аппарат испытать на прочность и плотность гидравлически:

А) в горизонтальном положении - давлением 0,2 Мпа;

Б) в вертикальном положении - наливом.

4. Сварные соединения должны соответствовать требованиям ОН 26-01-71-68 "Сварка в химическом машиностроении." Сварку В Ст Зсп. Произвести электродом марки АНО-5-4,5-2 по ГОСТ 9467-75.

5. Сварные швы в объеме 100% контролировать рентгенопросвечиванием.

6. Прокладки из паронита ПОН-1 ГОСТ 481-71.

7. Неуказанный вылет штуцеров 150мм.

8. Размеры для справок.


2. Теоретическая часть

Ректификация представляет собой процесс многократного частичного испарения жидкости конденсации паров. Процесс осуществляется путем контакта потоков пара и жидкости, имеющих различную температуру, и проводятся обычно в колонных аппаратах. При каждом контакте и жидкости испаряется преимущественно низкокипящий компонент, которым обогащаются пары из паров конденсируется преимущественно высококипящий компонент, переходящий в жидкости. Такой двусторонний обмен компонентами, повторяемый многократно, позволяет получить, в конечном счете, пары, представляющие собой почти чистый низкокипящий компонент. Эти пары после конденсации в отдельном аппарате дают дистиллят (ректификат) и флегму – жидкость, возвращаемую для орошения колонны и взаимодействия с поднимающимися нарами. Пар получают путем частичного испарения снизу колонны остатка, являющегося почти чистым высококипящим компонентом.

Ректификация известна с начала XIX века как один из важнейших технологически процессов главным образом спиртовой и нефтяной промышленности. В настоящее время ректификацию все шире применяют в самых различных областях химической технологии, где выделение компонентов в чистом виде имеет весьма важное значение (в производства органического синтеза, изотопов, полимеров, полупроводников и различных других веществ высокой чистоты).

Процесс ректификации осуществляется путем многократного контакта между неравновесными жидкой и паровой фазами, движущимися относительно друг друга.

При взаимодействии фаз между ними происходит массо- и теплообмен обусловлены стремлением системы к состоянию равновесия. В результате каждого контакта компонент перераспределяются между фазами: пар несколько обогащается низкокипящим компонентом, жидкость - высококипящим. Многократное контактирование приводит к практически полном разделению исходной смеси.

Устройство ректификационных аппаратов.

Рис. 1 Ректификационная колонна непрерывного действия.

1 – колонна; 2 – кипятильник; 3 – дефлегматор

Таким образом, отсутствие равновесия (и соответственно наличие разности температур фаз при движении фаз с определенной относительной скоростью и многократном их контактированиии являются необходимыми условиями проведения ректификации.

Процессы ректификации осуществляются периодически или непрерывно при различны давлениях: при атмосферном давлении, под вакуумом (для разделения смесей высококипящих веществ), а также под давлением больше атмосферного (для разделения смесей, являющихся газообразными при нормальных температурах).

Для проведения процессов ректификации применяют аппараты разнообразных конструкций основные типы которых не отличаются от соответствующих типов абсорберов.

В ректификационных установках используют главным образом аппараты двух типов:

насадочные и тарельчатые ректификационные колонны. Кроме того, для ректификации.

вакуумом применяют пленочные и роторные колонны различных конструкций

Насадочные, барботажные, а также некоторые пленочные колонны по конструкции внутренних устройств (тарелок, насадочных тел и т. д.) аналогичны абсорбционным колоннам. Однако в отличие от абсорберов ректификационные колонны снабжен теплообменными устройствами - кипятильником (кубом) и дефлегматором (рис. 1). Кроме того, для уменьшения потерь тепла в окружающую среду ректификационные аппараты покрывают тепловой изоляцией.

Рис- 2. Варианты установки дефлегматоров

а - на колонне: б - ниже верха колонны;

1 -дефлегматоры; 2 - колонны: 3 - насос.

Кипятильник или куб, предназначен для превращения в пар части жидкости, стекающей из колонны, и подвода пара в ее нижнюю часть (под насадки или нижнюю тарелку). Кипятильники имеют поверхность нагрева в виде змеевика или представляют собой кожухотрубчатый теплообменник, встроенный в нижнюю часть колонны. Более удобны для ремонта и замены выносные кипятильники, которые устанавливают ниже колонны с тем, чтобы обеспечить естественную циркуляцию жидкости.

Дефлегматор, предназначенный для конденсация паров и подачи орошения (флегмы) колонну, представляет собой кожухотрубчатый теплообменник, в межтрубном пространстве которого обычно конденсируются пары, а в трубах движется охлаждающий агент (вода).

Рис. 3. Сетчатая колонна.

а - схема устройства колонны; б – схема устройства тарелки; 1 - корпус; 2 - тарелка; 3 - переливная труба; 4 - стакан.

В случае частичной конденсации паров дефлегматоре его располагают непосредственно над, колонной, чтобы обеспечить большую компактность установки, либо вне колонны (рис 2). При этом конденсат (флегму) из нижней части дефлегматор подают непосредственно через гидравлический затвор на верх колонны, так как в данном случае отпадав необходимость в делителе флегмы.

В случае полной конденсации паров в дефлегматоре его устанавливают выше колонны, непосредственно на колонне или ниже верха колонны для того, чтобы уменьшить общую высоту установки. В последнем случае флегму из дефлегматора 1 подают в колонну 2 насосом. Такое размещение дефлегматора часто применяют при установке ректификационных колонн вне зданий, что более экономично в условиях умеренного климата.

Барботажные (тарельчатые) колонны. (Рис 3). Эти аппараты в процессах ректификации наиболее широко распространены. Они применимы для больших производительностей, широкого диапазона изменения нагрузок по пару и жидкости могут обеспечить весьма четкое разделение смесей Недостаток барботажных аппаратов – относительное высокое гидравлическое сопротивление - в условия ректификации не имеет существенного значения. При ректификации повышение гидравлического сопротивления приводит лишь к некотором увеличению давления и соответственно повышению температуры кипения жидкости кипятильнике колонны. Однако тот же недостаток сохраняет свое значение для процессов ректификации под вакуумом.

В таких колоннах используют различные виды тарелок: ситчатые, колпачковые, провальные, клапанные, пластинчатые и др.

Ситчатые тарелки. (Рис. 3) . Колонна с ситчатыми тарелками представляет собой вертикальный цилиндрический корпус с горизонтальными тарелками, в которых равномерно по всей поверхности просверлено значительное число отверстий диаметром 1-5 мм. Газ проходи сквозь отверстия тарелки и распределяется в жидкости в виде мелких струек и пузырьков. Ситчатые тарелки отличаются простотой устройства, легкостью монтажа, осмотра и ремонт. Гидравлическое сопротивление этих тарелок невелико. Ситчатые тарелки устойчиво работают довольно широком интервале скоростей газа, причем в определенном нагрузок по газу и жидкость эти тарелки обладают высокой эффективностью. Вместе с тем ситчатые тарелки чувствительны загрязнителям и осадкам, которые забивают отверстия тарелок.

Колпачковые тарелки .

Менее чувствительны к загрязнениям, чем ситчатые, и отличаются более высоким интервалом устойчивой работы колонны с колпачковыми тарелками. Газ на тарелку поступает по патрубкам, разбиваясь затем прорезями колпачка на большое число отдельных струй. Далее газ проходит через слой жидкости, перетекающей по тарелки от одного сливного устройства к другому.

Рис. 4. Схема работы колпачковой тарелки

При движении через слой значительная часть мелких струй распадается и газ распределяется в жидкости в виде пузырьков. Интенсивность образования пены непосредственно на колонне или ниже верха колонны для того, чтобы уменьшить общую высоту установки. В последнем случае флегму из дефлегматора 1 подают в колонну 2 насосом. Такое размещение дефлегматора часто применяют при установке ректификационных колонн вне зданий, что более экономично в условиях умеренного климата.

Барботажные (тарельчатые) колонны. (Рис 3). Эти аппараты в процессах ректификации наиболее широко распространены. Они применимы для больших производительностей, широкого диапазона изменения нагрузок по пару и жидкости и могут обеспечить весьма четкое разделение смесей. Недостаток барботажных аппаратов – относительно – высокое гидравлическое сопротивление - в условия, ректификации не имеет существенного значения. При ректификации повышение гидравлического сопротивления приводит лишь к некоторому, повышению температуры кипения жидкости в кипятильнике колонны. Однако тот же недостаток сохраняет свое значение для процессов ректификации под вакуумом.

В таких колоннах используют различные виды тарелок: ситчатые, колпачковые, провальные, клапанные, пластинчатые и др.

Ситчатые тарелки. (Рис. 3). Колонна с ситчатыми тарелками представляет собой вертикальный цилиндрический корпус с горизонтальными тарелками, в которых равномерно по всей поверхности просверлено значительное число отверстий диаметром 1-5 мм. Газ проходи сквозь отверстия тарелки и распределяется в жидкости в виде мелких струек и пузырьков ситчатые тарелки отличаются простотой устройства, легкостью монтажа, осмотра и ремонта. Гидравлическое сопротивление этих тарелок невелико. Ситчатые тарелки устойчиво работают в довольно широком интервале скоростей газа, причем в определенном нагрузок по газу и жидкости эти тарелки обладают высокой эффективностью. Вместе с тем ситчатые тарелки чувствительны к загрязнителям и осадкам, которые забивают отверстия тарелок.

Колпачковые тарелки. Менее чувствительны к загрязнениям, чем ситчатые, и отличаются более высоким интервалом устойчивой работы колонны с колпачковыми тарелками. Газ на тарелку поступает по патрубкам, разбиваясь затем прорезями колпачка на большое число отдельных струй. Далее газ проходит через слой жидкости, перетекающей по тарелке от одного сливного устройства к другому. При движении через слой значительная часть мелких струй распадается и газ распределяется в жидкости в виде пузырьков. Интенсивность образования пены и брызг на колпачковых тарелках зависит от скорости движения газа и глубины погружения колпачка в жидкость. Колпачковые тарелки изготовляют с радиальным или диаметральным переливами жидкости. Колпачковые тарелки устойчиво работают при значительных изменениях нагрузок по газу и жидкости. К их недостаткам следует отнести сложность устройства и высокую стоимость, низки предельные нагрузки ею газу, относительно высоко гидравлическое сопротивление, трудность очистки.

Клапанные тарелки. (рис. 5). Принцип действия клапанных тарелок состоят в том, что свободно лежащий что свободно лежащий над отверстием в тарелке круглый клапан с изменением расхода газа своим весом автоматически регулирует величину площади зазора между клапаном и плоскостью тарелки для прохода газа и тем самым поддерживает постоянной скорость газа при его истечении в барботажный слой.

Рас. 5. Клапанные тарелки.

а, б - с круглыми колпачками; в, с пластинчатым клапаном; г - балластная; 1 - клапан; 2 - кронштейн- ограничитель; 3 - балласт.

При этом с увеличением скорости газа в колонне гидравлическое сопротивление клапанной тарелки увеличивается незначительно. Высота подъема клапана ограничивается высотой кронштейна ограничителя и обычно не превышает 8 мм.

Достоинства клапанных тарелок: сравнительно высокая пропускная способность по газу и гидродинамическая устойчивость, постоянная высокая эффективность в широком интервале нагрузок по газу.

Насадочные колонны . В этих колоннах используются насадки различных типов, но в промышленности наиболее распространены колонны с насадкой из колец Рашига. Меньшее гидравлическое сопротивление насадочных колонн по сравнению с барботажными особенно важно при ректификации под вакуумом. Даже при значительном вакууме в верхней части колонны вследствие большого гидравлического сопротивления ее разрежение в кипятильнике может оказаться недостаточным для требуемого снижения температуры кипения исходной смеси.

Для уменьшения гидравлического сопротивления вакуумных колонн в них применяю насадки с возможно большим свободным объемом.

В самой ректификационной колонне не требуется отводить тепло. Поэтому трудность отвода тепла из насадочных колонн является скорее достоинством, чем недостатком насадочных колонн в условиях процесса ректификации.

Однако и при ректификации следует считаться с тем, что равномерное распределение жидкости по насадке в колоннах большого диаметра затруднено. В связи с этим диаметр промышленных насадочных ректификационных колонн обычно не превышает 0,8-1 м.

Пленочные аппараты . Эти аппараты применяется для ректификации под вакуумом смесей обладающих малой термической стойкостью при нагревании (например, различные мономеры полимеры, а также другие продукты органического синтеза).

В ректификационных аппаратах пленочного типа достигается низкое гидравлического сопротивление. Кроме того, задержка жидкости в единице объема работающего аппарата мала. К числу пленочных ректификационных аппаратов относятся колонны с регулярной насадкой в виде пакетов вертикальных трубок диаметром 6-20 мм (многотрубчатые колонны), а также пакетов плоскопараллельной или сотовой насадки с каналами различной формы, изготовленной и перфорированных металлических листов или металлической сетки.

Недостатки роторных колонн: ограниченность их высоты и диаметра (из-за сложности изготовления и требований, предъявляемых к прочности и жесткости ротора), а также высоки эксплуатационные расходы.


3. Схема ректификационной установки

Принципиальная схема ректификационной установки

Описание ректификационной установки

Принципиальная схема ректификационной установки представлена на рис. Исходная смесь из промежуточной емкости 9 центробежным насосом 10 подается в теплообменник 5, где подогревается до температуры кипения. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну / на тарелку питания, где состав жидкости равен составу исходной смеси ХF.

Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике 2. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка Xw, т.е. обеднен легколетучим компонентом. В результате массообмена с жидкостью пар обогащается легколетучим компонентом. Для более полного обогащения верхнюю часть колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом жидкостью (флегмой) состав ХР, которая получается в дефлегматоре 3 путем конденсации пара, выходящего из колонны. Затем жидкость направляется в делитель флегмы 4. Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения дистиллята, который охлаждается в теплообменнике 6, и направляется в сборник дистиллята 11 при помощи насоса 10.

Из кубовой части колонны насосом 10 непрерывно выводится кубовая жидкость - продукт, обогащенный труднолетучим компонентом, который охлаждается в холодильнике остатка 7 и направляется в емкость 8. Таким образом, в ректификационной колонне осуществляется непрерывный неравномерный процесс разделения исходной бинарной смеси на дистиллят с высоким содержанием легколетучего компонента и кубовой остаток, обогащенный труднолетучим компонентом.


4. Расчет ректификационной колонны

4.1 Расчет материального баланса

Уравнения материального баланса ректификационной колонны непрерывного действия, учитывающее количество поступающих и уходящих потоков, имеет следующий вид:

GF = GD +GW (1)

где GF – количество поступающей на разделение смеси, кг/с;

GD – массовый расход дистиллята, кг/с;

GW – массовый расход кубового остатка, кг/с;

GF ∙ХF = GD ∙ХD +GW ∙ХW (2)

где ХD – концентрация низкокипящего компонента в дистилляте, массовые доли;

ХW – концентрация низкокипящего компонента в кубовом остатке, массовые доли;

ХF – концентрация низкокипящего компонента в исходной смеси, массовые доли.

Для того, чтобы найти массовый расход дистиллята ХD и массовый расход кубового остатка ХW подставим исходные данные в уравнение (1) и в уравнение (2). Затем решим эти уравнения совместно.

GD +GW = 10000

GD ∙ 0,995 + GW ∙ 0,3 = 10000 ∙ 0,9

GD ∙ 0,995 + (1000-GD )∙ 0,3 = 9000

0,695 ∙ GD = 9000 − 3000


0,695 ∙ GW = 6000

GD =8633 кг/ч

GD = 10000 − 8633 = 1367 кг/ч

Массовый расход дистиллята: GD = 8633 кг/ч

Массовый расход кубового остатка: GW =1367 кг/ч

Для дальнейших расчетов выразим концентрации питания, дистиллята и кубового остатка в мольных долях.

Содержание низкокипящего компонента в питании вычисляют по формуле:

(3)

где ХF – концентрация низкокипящего компонента в питании, мольные доли;

Мв – мольная масса низкокипящего компонента, кг/моль;

Мукс – мольная масса высококипящего компонента, кг/моль;

Мукс = 60 кг/кмоль;

Мв = 18 кг/кмоль;

Содержание низкокипящего компонента в дистилляте вычисляют по формуле:

(4)

где ХD - концентрация низкокипящего компонента в дистилляте, мольные доли

Содержание низкокипящего компонента в кубовом остатке вычисляют по формуле:

(5)

где ХW - концентрация низкокипящего компонента в кубовом остатке, мольные доли.

Подставим в формулу(3), в формулу (4) и в формулу (5) исходные данные и найдем содержание уксусной кислоты в смеси (питании), в дистилляте и в кубовом остатке.

ХF =

ХD =

ХW =

Относительный мольный расход питания определяется по уравнению:

(6)


Для проведения дальнейших расчетов нам необходимо построить кривую равновесия в координатах для системы этиловый спирт-вода при атмосферном давлении.

Здесь - мольные доли воды в жидкости и в равновесном с ним паре.

РБ и РТ – давление насыщенного пара воды и уксусной кислоты соответственно П- общее давление

Все необходимые данные для построения кривой равновесия приведены в таблице 1.

Таблица 1. Равновесные составы жидкости и пара для системы Уксусная кислота - вода

t, °C x y
118,1 0 0
115,4 0,05 0,092
113,8 0,1 0,167
110,1 0,2 0,302
107,5 0,3 0,425
105,8 0,4 0,53
104,4 0,5 0,626
103,2 0,6 0,716
102,1 0,7 0,795
101,3 0,8 0,864
100,6 0,9 0,93
100 1 1

По данным таблицы 1 построим кривую равновесия


Рис.2. Кривая равновесия в координатах для системы уксусная кислота – вода.

Минимальное число флегмы определяется по уравнению:

(7)

где уF * - концентрация низкокипящего компонента в паре, равновесном с жидкостью питания.

Определим содержание уксусная кислота в паре, равновесном с жидкостью питания уF *,по кривой равновесия, представленной на рис.2.

УF *=0.977

Подставим в уравнение (7) все необходимые данные и найдем минимальное число флегмы Rmin


Рабочее число флегмы R определяется по уравнению:

(8)

Подставим числовое значение минимального числа флегмы Rmin в уравнение (8) и определим рабочее число флегмы R.

Коэффициент избытка флегмы равен:

Уравнения рабочих линий

А) в верхней (укрепляющей) части колонны

где R – флегмовое число


Б) в нижней (исчерпывающей) части колонны

Xw

где R – флегмовое число

F– относительный мольный расход питания

Далее нам необходимо определить средний массовый расход по жидкости для верхней и нижней части колонны.

Определяем по соотношению:

+

Где Md и Mf-мольные массы дистилята и исходной смеси;

Mверх и Mн- средние мольные массы жидкости в верхней и нижней части колоны.

Мольные массы в верхней и нижних частях колоны соответственно равны:



Где Xсрн и Xсрв – средний мольный состав жидкости в нижней и верхней частях колонны.

Тогда:

Mcp в = кг/кмоль

Mcp н = кг/кмоль

Мольная масса исходной смеси:

MF = кг/кмоль

Мольная масса дистиллята:

MD = кг/кмоль

Подставив, получим:

кг/ч

+ кг/ч

Средние массовые потоки пара в верхней Gв и Gн частях колонны соответственно равны:


Здесь M’в и M’н – средние мольные массы паров в верхней и нижней частях колонны:

M’верх = Мв yсрв + Мукс (1-yсрв )

M’н = Мв yсрн + Мукс (1-yсрн )

yсрн и yсрв – средний мольный состав пара в нижней и верхней частях колонны.

Значение yD , yF и yW получаем из уравнений рабочей линии. Тогда:

M’cp в = кг/кмоль

M’cp н = кг/кмоль

Отсюда:

кг/ч

кг/ч

тарельчатый колонна ректификация дефлегматор


4.2 Определение скорости пара и диаметра колонны

По данным таблицы 1строим диаграмму t-x,y.

Рисунок 2 Диаграмма t-x,y для определения состава равновесия пара в зависимости от температуры

По диаграмме, представленной на рисунке 2, определяем средние температуры:

А) ycp в = 0.9397 tcp = 100.1 o C

Б) ycp н = 0.7346 tcp = 102.3 o C

Зная средние мольные, определяем массы и плотности пара:

M’cp в = кг/кмоль

M’cp н = кг/кмоль


M’в и M’н средние мольные массы пара в верхней и нижней части колонны соответственно;

ρув и ρун плотности пара в в верхней и нижней части колонны соответственно.

Температура в верхней части колонны при Хсрв =0.9831 равна 100.01°С, а в нижней при Xсрн = 0.77795 равна 101.5°С. Отсюда tср = 100.9755°С. Эти данные определены по диаграмме t-х,у, представленной на рисунке 2.

Плотность воды при t = 100 °С ρв =958 кг/м3 , а уксусной кислоты при ρукс =958 кг/м3 .

Принимаем среднюю плотность жидкости в колонне:

Определяем скорость пара в колонне по уравнению:

Диаметр ректификационной колонны рассчитываем по формуле:

м

м

Берем диаметр колонны D = 3600 мм.


Тогда скорость пара в колонне будет равна:

м/с

4.3 Гидравлический расчет тарелок

Выбираем тарелку типа ТС - Р [приложение 2, стр. 118].

Принимаем следующие размеры ситчатой тарелки:

Диаметр отверстий do = 4 мм

Высота сливной перегородки hП = 40 мм

Свободное сечение тарелки (суммарная площадь отверстий) 8% от общей площади тарелки.

Площадь, занимаемая двумя сегментными переливными стаканами, составляет 20% от общей площади тарелки.

Периметр слива П = 3.1 м.

Рассчитаем гидравлическое сопротивление тарелки в верхней части и в нижней части колонны по уравнению:

где Δpсух - сопротивление сухой тарелки;

Δpб - сопротивление, вызываемое силами поверхностного натяжения;

Δpгж - сопротивление газожидкостного слоя на тарелке.

А) в верхней (укрепляющей) части колонны:


Гидравлическое сопротивление сухой тарелки:

где - коэффициент сопротивления неорошаемых ситчатых тарелок со свободным сечением 7-10%;

скорость пара в отверстиях тарелки.

Сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения:

где - поверхностное натяжение жидкости при средней температуре в верхней части колонны 100 °С; d0 = 0-004 м - диаметр отверстий тарелки.

Сопротивление парожидкостного слоя на тарелке:


где отношение плотности парожидкостного слоя (пены) к плотности жидкости, принимаемое приближенно равным 0.5.

hпж - высота парожидкостного слоя (пены) вычисляется по формуле:

где Δh высота слоя над сливной перегородкой рассчитывается по формуле:

где объемный расход жидкости,

П - периметр сливной перегородки.

Объемный расход жидкости в верхней части колонны:

где Мср средняя мольная масса жидкости, кг/кмоль;

МD мольная масса дистиллята, кг/кмоль.

Ширину переливного порога находим, решая систему уравнений:


где R=1.8 м радиус тарелки; П=3.1 м - периметр сливной перегородки.

Найдем ширину переливного порога b:

Находим Δh:

Высота парожидкостного слоя на тарелке:

Сопротивление парожидкостного слоя на тарелке:

Общее гидравлическое сопротивление тарелки в верхней части колонны:

Б) в нижней (исчерпывающей) части колонны:

Гидравлическое сопротивление сухой тарелки:


Сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения:

где поверхностное натяжение жидкости при =100°С.

Объемный расход жидкости в нижней части колонны, рассчитывается по формуле:

где МF мольная масса жидкости питания, кг/кмоль

Мср средняя мольная масса жидкости, кг/кмоль

Высота слоя над сливной перегородкой:

Высота парожидкостного слоя на тарелке:


Сопротивление парожидкостного слоя на тарелке:

Общее гидравлическое сопротивление тарелки в нижней части колонны:

Проверим, соблюдается ли при расстоянии между тарелками h = 0.5 м необходимое условие для нормальной работы тарелок:

>

Для тарелок нижней части, у которых общее гидравлическое сопротивление больше, чем у тарелок верхней части:

<

Следовательно, вышеуказанное условие соблюдается.

Проверим равномерность работы тарелок - рассчитаем минимальную скорость пара в отверстиях , достаточную для того, чтобы ситчатая тарелка работала всеми отверстиями:


Рассчитанная скоростьменьше рассчитанной ранее скорости , следовательно, тарелка будет работать всеми отверстиями.

4.4 Определение числа тарелок и высоты колонны

Число тарелок рассчитывается по уравнению:

где η =средний К.П.Д. тарелок

Для определения среднего К.П.Д. тарелок находим коэффициент относительной летучести разделяемых компонентов:

и коэффициент динамической вязкости исходной смеси ц при средней температуре в колонне, равной

°С

При этой температуре давление насыщенного пара воды Рв = 867.88 мм.рт.ст., уксусной кислоты Рук = 474.15 мм.рт.ст, откуда


Динамический коэффициент вязкости воды при 101°С равен 0.2838 мПа*с , уксусной кислоты 0.4916 мПа*с. Принимаем динамический коэффициент вязкости исходной смеси

V, стр556].

Тогда

По графику [Рис. 7.4, стр. 323] находим значение .Длина пути жидкости на тарелке:

По графику [рис. 7.5, стр. 324] находим значение поправки на длину пути Δ=0.2375 Средний К.П.Д. тарелок находим по уравнению:

Число тарелок определяем аналитическим методом, используя табличный процессор Excel. Система уравнений позволяющая определить число тарелок, а также составы пара и жидкости, покидающих каждую из тарелок, включает в себя уравнение равновесия

где α коэффициент относительной летучести разделяемых компонентов:

уравнения рабочих линий

для верхней части колонны

для нижней части колонны

выражение для коэффициента обогащения .

Расчет состоит в последовательном определении в сечении колонны между тарелками составов пара и жидкости (yi , xi ).

Нижние индексы у составов пара и жидкости отвечают номеру сечения. Номер тарелки совпадает с номером расположенного под нею сечения.

Примем, что коэффициент летучести постоянен, коэффициент обогащения постоянен, куб-испаритель не обладает разделяющим действием, выходящий из него пар имеет тот же состав, что и кубовый остаток.

Блок схема расчета


Результат расчета

Xf i yi xi y*i
0,9677 1 0,5882 0,5882 0,723291 нижняя часть
Xd 2 0,658447 0,6571455 0,77815 нижняя часть
0,9985 3 0,720693 0,7182373 0,823472 нижняя часть
Xw 4 0,774138 0,7706922 0,86015 нижняя часть
0,5882 5 0,818864 0,8145899 0,889381 нижняя часть
R 6 0,855533 0,8505789 0,912413 нижняя часть
3,29 7 0,885111 0,8796086 0,930413 нижняя часть
F 8 0,908668 0,902729 0,944393 нижняя часть
1,081 9 0,927245 0,9209621 0,955204 нижняя часть
α 10 0,941784 0,9352313 0,963536 нижняя часть
1,83 11 0,953095 0,946333 0,969942 нижняя часть
μ 12 0,961855 0,9549312 0,974858 нижняя часть
0,52 13 0,968617 0,9615674 0,978626 нижняя часть
yf 14 0,973822 0,9666756 0,98151 нижняя часть
0,974879 15 0,97782 0,9705997 0,983717 верхняя часть
16 0,980886 0,9755328 0,98648 верхняя часть
17 0,983795 0,9793255 0,988595 верхняя часть
18 0,986291 0,9825804 0,990405 верхняя часть
19 0,988431 0,98537 0,991952 верхняя часть
20 0,990262 0,9877577 0,993273 верхняя часть
21 0,991828 0,9897994 0,9944 верхняя часть
22 0,993165 0,9915437 0,995361 верхняя часть
23 0,994307 0,9930327 0,996181 верхняя часть
24 0,995281 0,9943031 0,996879 верхняя часть
25 0,996112 0,9953863 0,997474 верхняя часть
26 0,99682 0,9963094 0,99798 верхняя часть
27 0,997423 0,9970959 0,998411 верхняя часть
28 0,997937 0,9977656 0,998778 верхняя часть
29 0,998374 0,9983359 0,99909 верхняя часть
30 0,998746 0,9988212 0,999356 верхняя часть расчет закончен

Число тарелок:

А) в верхней части колонны:

Б) в нижней части колонны:

Общее число тарелок n = 29, с запасом n = 33, из них в верхней части колонны 18, в нижней - 15.

Высота тарельчатой части колонны:

Общее гидравлическое сопротивление тарелок:

4.5 Тепловой расчет установки

Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре-конденсаторе, находим по уравнению:

Здесь

где и - удельные теплоты конденсации воды и уксусной кислоты при 100°С [табл. ХLY, стр. 541].


Расход теплоты, получаемой в кубе-испарителе от греющего пара находим по уравнению:

Здесь тепловые потери приняты в размере 3% от полезно затрачиваемой теплоты; удельные теплоемкости взяты соответственно при [Рис. XI., стр. 562]

ккал/(кг*К)

ккал/(кг*К)

ккал/(кг*К)

Расход теплоты в паровом подогревателе исходной смеси:

Здесь тепловые потери приняты в размере 5%, удельная теплоемкость исходной смеси


Взята при средней температуре

Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике дистиллята:

где удельная теплоемкость дистиллята взята при средней температуре (100+25)/2=62.50 С.

Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике кубового остатка:


где удельная теплоемкость кубового остатка

взята при средней температуре (105+25)/2=650 С.

Расход греющего пара, имеющего давление рабс = 3 атм = 3 кгс/см и влажность 5 % :

А) в кубе-испарителе:

где - удельная теплота конденсации греющего пара.

Б) в подогревателе исходной смеси:

Всего 12.0211кг/с или 43.276 т/ч

Расход охлаждающей воды при нагреве ее до 20°С:

А) в дефлегматоре

Б) в водяном холодильнике дистиллята:

В) в водяном холодильнике кубового остатка:

Всего:


Вывод

Ректификация это процесс, который осуществляется в противоточных колонных аппаратах с контактными элементами в виде тарелок. Процесс ректификации обладает рядом особенностей.

Различное соотношение нагрузок по жидкости и пару в нижней и верхней части колонны.

Совместное протекание процессов массо и теплопереноса.

Всё это осложняет расчет тарельчатых ректификационных колонн. Большое разнообразие тарельчатых контактных устройств затрудняет выбор колонны. В данном случае мы выбираем колонну с тарелками типа ТС-Р, потому что она соответствует общим требованиям таким как: высокая интенсивность единицы объема аппарата, его стоимость.

Диаметр и высота колонны определяются нагрузками по пару и жидкости и физическими свойствами взаимодействующих фаз.


Список литературы

1. Дытнерский Ю.И. " Основные процессы и аппараты химической технологии. Курсовое проектирование"

2. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. "Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии"

3. Дытнерский Ю.И." Процессы и аппараты химической технологии"

Оценить/Добавить комментарий
Имя
Оценка
Комментарии:
Где скачать еще рефератов? Здесь: letsdoit777.blogspot.com
Евгений08:00:53 19 марта 2016
Кто еще хочет зарабатывать от 9000 рублей в день "Чистых Денег"? Узнайте как: business1777.blogspot.com ! Cпециально для студентов!
11:00:58 29 ноября 2015
Можете рассчитать мне ректификационную колонну для разделения под вакуумом бензиновой , дизельной фракций от масла при испарении масла под вакуумом . У нас при вакуумной перегонке получилась температура вспышки 185 вместо 220 , что заставляет задуматься о ректификации низкокипящего компонента .
Эдуард01:03:49 12 ноября 2012
МОЛОДЕЦ !!!
Ihor01:12:20 14 февраля 2012Оценка: 5 - Отлично

Работы, похожие на Курсовая работа: Расчет ректификационной колонны
Проект реконструкции цеха первичной переработки нефти и получения ...
Введение На ОАО "Сургутнефтегаз" производят дорожный битум, дизельное топливо и бензиновую фракцию. Все эти производства на сегодняшний день нашли ...
Контактирование паров и жидкости осуществляется в вертикальных цилиндрических аппаратах-ректификационных колоннах, снабженных специальными устройствами - ректификационными ...
Ректификация нефти это многократное испарение и конденсация компонентов нефти на контактных тарелках колонн [1]. Таким образом фракция нефти имеющая высокую температуру кипения ...
Раздел: Рефераты по химии
Тип: реферат Просмотров: 16055 Комментариев: 3 Похожие работы
Оценило: 3 человек Средний балл: 5 Оценка: неизвестно     Скачать
Ректификация формалина-сырца
СОДЕРЖАНИЕ Введение 1. Технологическая часть 1.1 Общая характеристика производства, его технико-экономический уровень и обоснование основных ...
Принимая ректификационную колонну с диаметром в верхней и нижней части, равным 1000 м. При этом действительная рабочая скорость пара при средней скорости паров будет равна:
Основной целью гидравлического расчета является определение гидравлических сопротивлений, которые возникают в процессе прохождения пара через ректификационную колонну из куба через ...
Раздел: Промышленность, производство
Тип: курсовая работа Просмотров: 1565 Комментариев: 2 Похожие работы
Оценило: 0 человек Средний балл: 0 Оценка: неизвестно     Скачать
Расчет тарельчатой ректификационной колонны для разделения бинарной ...
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФГУ ВПО "ОМКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" им. Ф. М. Достоевского Кафедра химической технологии ...
При внезапном прекращении подвода пара или значительном снижении его давления тарелки ситчатой колонны полностью опоражниваются от жидкости, и требуется заново запускать колонну ...
Гидравлическое сопротивление сухой тарелки в верхней и нижней частях колонны: а) в верхней части колонны:
Раздел: Рефераты по химии
Тип: курсовая работа Просмотров: 24433 Комментариев: 5 Похожие работы
Оценило: 4 человек Средний балл: 3.8 Оценка: неизвестно     Скачать
Проект производства формалина
РЕФЕРАТ Дипломный проект состоит из 186 страниц, 36 таблиц, 2 рисунка, 19 источников и 8 листов графического материала. Тема дипломного проекта ...
Абсорбционная колонна поз.К1 представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат переменного сечения: нижняя кубовая часть диаметром 2800 мм с шестью встроенными ...
Орошение абсорбционной колонны осуществляется водой, поступающей на 24 тарелку расходом до 6 мЗ/ч и охлажденной в теплообменнике поз.Т6 до температуры не более 25°С. Для ...
Раздел: Промышленность, производство
Тип: дипломная работа Просмотров: 4799 Комментариев: 2 Похожие работы
Оценило: 0 человек Средний балл: 0 Оценка: неизвестно     Скачать
Прогнозирование, предупреждение и ликвидация чрезвычайных ситуаций на ...
Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ...
Взаимодействие паров и жидкости достигается в ректификационных колоннах, снабженных контактными устройствами - ректификационными тарелками или насадкой.
Выделившиеся из флегмы пары из кипятильника возвращаются в колонну (под нижнюю тарелку) и образуют восходящий паровой поток, что необходимо для ректификации.
Раздел: Рефераты по безопасности жизнедеятельности
Тип: дипломная работа Просмотров: 19015 Комментариев: 2 Похожие работы
Оценило: 0 человек Средний балл: 0 Оценка: неизвестно     Скачать
Расчет ректификационной установки для разделения бинарной смеси ...
... Первого Президента России Б.Н. Ельцина Кафедра "Процессы и аппараты химической технологии" Пояснительная записка Расчет ректификационной установки для ...
В данной курсовой работе проведен расчет ректификационной колонны непрерывного действия с ситчатыми тарелками для разделения смеси этиловый спирт-вода производительностью 5000 кг ...
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 ...
Раздел: Рефераты по химии
Тип: курсовая работа Просмотров: 29891 Комментариев: 2 Похожие работы
Оценило: 3 человек Средний балл: 5 Оценка: неизвестно     Скачать
Разработка предложений по очистке природного газа и переработки кислых ...
содержание Введение 1. Общие сведения о предприятии 1.1 Природно-климатическая характеристика района расположения предприятия 1.2 Характеристика ...
1 - двухступенчатый абсорбер (1); 2 - вакуум колонна (1); 3 - теплообменник (2); 4 - колонна-ректификационная (1); 5 - теплообменник-рекуперативный(1); 6 - испаритель (холодильник ...
1) обладать большой поверхностью в единице объема; 2) хорошо смачиваться орошающей жидкостью; 3) оказывать малое гидравлическое сопротивление газовому потоку; 4) равномерно ...
Раздел: Рефераты по экологии
Тип: дипломная работа Просмотров: 12525 Комментариев: 6 Похожие работы
Оценило: 4 человек Средний балл: 5 Оценка: неизвестно     Скачать

Все работы, похожие на Курсовая работа: Расчет ректификационной колонны (4671)

Назад
Меню
Главная
Рефераты
Благодарности
Опрос
Станете ли вы заказывать работу за деньги, если не найдете ее в Интернете?

Да, в любом случае.
Да, но только в случае крайней необходимости.
Возможно, в зависимости от цены.
Нет, напишу его сам.
Нет, забью.



Результаты(151312)
Комментарии (1844)
Copyright © 2005-2016 BestReferat.ru bestreferat@mail.ru       реклама на сайте

Рейтинг@Mail.ru