База рефератов

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

АНГАРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

КАФЕДРА МАШИН И АППАРАТОВ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

по процессам и аппаратам химической технологии на тему:

«Спроектировать ректификационную установку для разделения

бензол – толуол»

Проектировал студент

гр. Мху – 06 – 1

Руководитель проекта

Подоплелов Е. В.

 

Ангарск, 2009

СОДЕРЖАНИЕ

1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ АППАРАТА

2.1 Материальный баланс колонны

2.2 Пересчет массовых долей

2.3 Расчет рабочего флегмового числа

2.4 Расчет физико-химических параметров процесса колонны

2.5 Определение диаметра колонны

2.6 Определение тангенса угла наклона

2.7 Определение высоты колонны

2.8 Гидравлический расчет колонны

2.9 Расчет патрубков

2.10 Расчет кипятильника

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА

Ректификация – частичное или полное разделение гомогенных жидких смесей на компоненты в результате различия их летучести и противоточного взаимодействия жидкости, получаемой при конденсации паров, и пара, образующегося при перегонке.

Ректификация широко распространена в химической технологии и применяется для получения разнообразных продуктов в чистом виде, а также для разделения газовых смесей после их сжижения (разделение воздуха на кислород и азот, разделение углеводородных газов и др.).

Процесс ректификации не применяется при разделении чувствительных к повышенным температурам веществ, при извлечении ценных продуктов или вредных примесей из сильно разбавленных растворов, разделении смесей близкокипящих компонентов.

Технологическая схема процесса ректификации представленная на рис.1.

Исходную смесь из промежуточной емкости-1 центробежным насосом-2 подают в теплообменник-3, где подогревают до температуры кипения и подают в колонну на ту тарелку, где кипит смесь того же состава х_F, т.е. на верхнюю тарелку нижней исчерпывающей части колонны. Верхняя часть колонны называется укрепляющей по легколетучему компоненту.

Внутри ректификационной колонны-4 расположены контактные устройства в виде тарелок или насадки. Снизу вверх по колонне движется пар, поступающий из выносного куба – испарителя (кипятильника)-5 (куб – испаритель может размещаться и непосредственно под колонной). На каждой тарелки происходит частичная конденсация пара труднолетучего компонента и за счет конденсации – частичное испарение легколетучего компонента. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка х_W, т.е. обеднен легколетучим компонентом. Таким образом, пар, выходящий из куба – испарителя и представляющий собой почти чистый труднолетучий компонент, по мере движения вверх обогащается легколетучим компонентом и покидает колонну в виде почти чистого пара легколетучего компонента. Для полного обогащения верхнюю часть колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом жидкостью (флегмой) состава х_Р, получаемой в дефлегматоре-6 путем конденсации пара, выходящего из колонны. Пар конденсируется в дефлегматоре, охлаждаемом водой. Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения – дистиллята, который охлаждается в теплообменнике-7 и направляется в промежуточную емкость-8. Флегма, стекая по колонне и взаимодействуя с паром, обогащается труднолетучим компонентом.

Из куба – испарителя отводят нижний продукт или кубовый остаток.

Из кубовой части колонны насосом-9 непрерывно выводится кубовая жидкость – продукт, обогащенный труднолетучим компонентом, который охлаждается в теплообменнике-10 и направляется в емкость-11.

Рис. 1. Технологическая схема ректификационной установки

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ АППАРАТА

2.1 Материальный баланс колонны

Производительность колонны по дистилляту Р и кубовому остатку W определяется из уравнений материального баланса:

,

где F, Р, W – расход исходной смеси, дистиллята, кубового остатка, кг/с;

Х_F, Х_Р, Х_W – концентрация низкокипящего компонента в исходной смеси, кубовой остатке и дистилляте.

F = 10000 кг/ч = 2,78 кг/с

 = 1,26 кг/с

W = 2,78 – 1,26 = 1,52 кг/с

2.2 Пересчет массовых долей

Пересчет массовых долей в мольные:

,

где M_A и M_Б – молярные массы низкокипящего (бензол) и высококипящего (толуол) компонентов, кг/кмоль.

$IMAGE6$

$IMAGE7$

2.3 Расчет рабочего флегмового числа

Для технологического расчета ректификационной колонны необходимо построить равновесную зависимость между жидкостью и паром для смеси в координатах У–X и t–X,У.

Определяем минимальное флегмовое число:

$IMAGE8$

$IMAGE9$ – концентрация легколетучего компонента в паре, находящегося в равновесии с исходной смесью X_F (графика У–X). = 70,5 %

Рабочее флегмовое число определяется как $IMAGE10$,

где β – коэффициент избытка флегмы (β = 1,02÷3,5).

Определяется рабочее флегмовое число R, отрезок B, число теоретических тарелок в колонне n_T, путем вписывания «ступенек» между равновесной и рабочими линиями. Рабочие линии строятся для каждого отрезка $IMAGE11$. Результаты расчетов заносим в таблицу 2.

Таблица 2

β	R	В	nТ	пТ (R + 1)
1,2	1,56	38,4	17,8	45,57
1,5	1,95	33,3	14,2	41,89
1,8	2,34	29,4	12,5	41,75
2,5	3,25	23,1	11	46,75
3,5	4,08	19,4	10,3	52,33
4,5	5,4	15,4	9,5	60,8

Строится график в координатах $IMAGE12$ и из точки минимума на кривой определяется оптимальное рабочее флегмового число R: R_опт = 2,2 при $IMAGE13$                 

$IMAGE14$

2.4 Расчет физико-химических параметров процесса колонны

Средние массовые расходы жидкости для верхней и нижней частей колонны определяются из соотношений:

L^B = P · R = Ф = 4421 · 2,2 = 9726,2 кг/ч

L^H = Ф + F = P · R + F = 9726,2 + 10000 = 19726,2 кг/ч

Средний расход пара по колонне постоянен:

G = P · (R + 1) = 4421 · (2,2 + 1) = 14147,2 кг/ч

средние концентрации жидкости:

$IMAGE15$

$IMAGE16$

средние концентрации пара:

$IMAGE17$

$IMAGE18$

где $IMAGE19$; $IMAGE20$; $IMAGE21$ (график Х-У).

По диаграмме $IMAGE22$ при средних концентрациях пара и жидкости определяются средние температуры пара, °С:

$IMAGE23$

а) средние мольные массы жидкости:

$IMAGE24$;

$IMAGE25$

б) средние мольные массы пара:

$IMAGE26$;

$IMAGE27$

в) средние плотности пара:

$IMAGE28$;

$IMAGE29$,

г) средние плотности жидкости:

$IMAGE30$ $IMAGE31$;    $IMAGE32$,

где ρ₁ и ρ₂ – плотности массы соответственно низкокипящего и высококипящего компонентов при температурах $IMAGE33$= 88,5ºС и $IMAGE34$= 103ºС

$IMAGE35$ и $IMAGE36$ – среднее массовые концентрации жидкости вверху и внизу колонны:

$IMAGE37$;       $IMAGE38$,

$IMAGE39$  $IMAGE40$

$IMAGE41$;               $IMAGE42$ = 800 кг/м³

$IMAGE43$;                 $IMAGE44$ = 787,4 кг/м³

д) средние вязкости пара:

$IMAGE45$;           $IMAGE46$

где $IMAGE47$ и $IMAGE48$ – среднее мольные массы пара в верху и низу колонны, кг/кмоль;

$IMAGE49$ и $IMAGE50$ – вязкости низкокипящего и высококипящего компонентов паровой смеси при температурах $IMAGE33$ и $IMAGE34$, мПа·с

$IMAGE53$,           $IMAGE54$ 0,92 · 10^-2 мПа·с;

$IMAGE55$,               $IMAGE56$0,923· 10^-2 мПа·с

е) средние вязкости жидкости:

$IMAGE57$,

где $IMAGE49$ и $IMAGE50$ – вязкости НК и ВК компонентов жидкости при $IMAGE60$, мПа·с (табл. 2).

$IMAGE61$; $IMAGE62$

$IMAGE63$; $IMAGE64$

2.5 Определение диаметра колонны

Рабочая скорость пара для насадочной колонны:

$IMAGE65$,

где ρ_п и ρ_ж – плотность пара и жидкости.

Насадка – Кольца Рашига 25х25х3.

f=200м²/м³

Е=0,74 м²/м³

Низ колонны:

$IMAGE66$

Верх колонны:

$IMAGE67$

Диаметр колонны рассчитывают отдельно для верхней и нижней частей колонны:

$IMAGE68$

$IMAGE69$ 

Рассчитанные диаметры верхней и нижней частей колонны отличаются друг от друга на 3,5% < 10%, принимаем колонну одного диаметра, равного: D=1600 мм.

Принимаю d аппарата равным 1600 мм с насыпной насадкой, перераспределительными тарелками типа ТСН-ll (ОСТ 26-705-73) и распределительной тарелкой типа ТСН-lll (ОСТ 26-705-73).

Рабочая скорость пара в колонне при выбранном диаметре:

$IMAGE70$

2.6 Определение тангенса угла наклона

Коэффициент массопередачи зависит от угла наклона кривой равновесия, причем этот угол является переменной величиной. Поэтому линию равновесия из графика Х-У (рис. 1) разбивают на равные участки вертикальными линиями, проведенными через точки Х₁ = 0,1; Х₂= 0,2 и т. д. Для каждого участка определяют тангенс угла наклона отрезка кривой равновесия:

$IMAGE71$

$IMAGE72$

2.7 Определение высоты колонны Расчет высоты насадки методом ВЭТТ:

$IMAGE73$

$IMAGE74$

Действительная высота насадки:

$IMAGE75$

$IMAGE76$

Общая высота насадки:

$IMAGE77$

Высота колонны определяется по формуле:

$IMAGE78$,

где $IMAGE79$, $IMAGE80$ – высота соответственно сепарационной части колонны, расстояние между днищем колонны и тарелкой.

2.8 Гидравлическое сопротивление слоя орошаемой насадки

  $IMAGE81$

где $IMAGE82$- гидравлическое сопротивление сухой насадки, Па.

$IMAGE83$,

где $IMAGE84$ - свободный объём насадки, $IMAGE84$=0,74 м³/м³;

$IMAGE86$- эквивалентный диаметр насадки, $IMAGE86$=0,015 м;

$IMAGE88$ - коэффициент сопротивления сухой насадки.