Задание на расчетно-графическую работу

Рассчитать установку непрерывного действия для разделения жидкой бинарной смеси ацетон - этанол, содержащей х_F = 20 % (мольн.) ацетона. Количество получаемого дистиллята 0,7 кг/с концентрацией х_D⁼ 95% (мольн.) ацетона. Кубовый остаток должен содержать x_w = 5 % (мольн.) низкокипящего компонента. Исходная смесь перед подачей в колонну подогревается до температуры кипения. Давление в колонне атмосферное.

Таблица 1- Равновесные составы жидкости и пара смеси ацетон-этанол

х,% (мольн)	у, % (мольн)	t, оС	p, мм рт.ст.
0	0	78,3	760 мм рт.ст.
5	15,5	75,4
10	26,2	73
20	41,7	69
30	52,4	65,9
40	60,5	63,6
50	67,4	61,8
60	73,9	60,4
70	80,2	59,1
80	86,5	58
90	92,9	57
100	100	56,1

Содержание

Задание на расчетно-графическую работу 2

Содержание 3

Введение 4

Реферат 8

Расчет колонны с ситчатыми тарелками 9

Материальный баланс 9

Тепловой расчет установки 21

Расчет вспомогательного оборудования 24

Расчет кипятильника 24

Расчет дефлегматора 27

Расчет холодильника для дистиллята 27

Поверхность теплообмена холодильника дистиллята находим из основного уравнения теплопередачи 28

Расчет холодильника для кубового остатка 28

Расчет подогревателя 29

Служит для подогрева исходной смеси от t_н = 18-20^оС до температуры t_F = 68^oC. Исходная смесь подогревается водяным насыщенным паром с температурой 160^оС. 29

Заключение 30

Библиографический список 31

Введение

В химической технологии широко распространены и имеют важное значение процессы массопередачи, характеризуемые переходом одного или нескольких веществ из одной фазы в другую. Путем переноса одного или более компонентов из фазы в фазу можно разделять как гетерогенные, так и гомогенные системы (газовые смеси, растворы жидкостей и т.д.), причем наиболее часто процессы массопередачи используют для разделения гомогенных процессов.

Ректификация – разделение жидких однородных смесей на составляющие вещества или группы составляющих веществ в результате противоточного взаимодействия паровой смеси и жидкой смеси.

Процессы ректификации осуществляются периодически или непрерывно при различных 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).

При выборе оптимальных условий работы ректификационной установки необходимо учитывать расход тепла и основные параметры (температуру и давление) теплоносителей — греющего пара и охлаждающей воды, а также требуемые размеры как самой колонны, так и соединенных с ней теплообменных аппаратов (кипятильника, нагревателя исходной смеси, дефлегматора и холодильника паров). Все эти факторы взаимосвязаны и зависят, в частности, от температуры и агрегатного состояния подаваемой на разделение смеси.

Исходная смесь может поступать в колонну не только в жидком, но и в парообразном состоянии или в виде смеси жидкости и пара. При прочих равных условиях — заданных составах дистиллята х_D и остатка x_W, давлении Р в колонне и др. — подвод тепла в колонну минимален в случае подачи в нее жидкой исходной смеси, предварительно нагретой до температуры кипения t_K на питающей тарелке.

Кипятильник, или куб предназначен для превращения в пар части жидкости, стекающей из колонны, и подвода пара в ее нижнюю часть (под насадку 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.

В периодически действующих колоннах куб является не только испарителем, но и емкостью для исходной смеси. Поэтому объем куба должен быть в 1,3—1,6 раза больше его единовременной загрузки (на одну операцию). Обогрев кипятильников наиболее часто производится водяным насыщенным паром.

Д ефлегматор, предназначенный для конденсации паров и подачи орошения (флегмы) в колонну, представляет собой кожухотрубчатый теплообменник, в межтрубном пространстве которого обычно конденсируются пары, а в трубах движется охлаждающий агент (вода). Однако вопрос о направлении конденсирующихся паров и охлаждающего агента внутрь или снаружи труб следует решать в каждом конкретном случае, учитывая желательность повышения коэффициента теплопередачи и удобство очистки поверхности теплообмена.

Рисунок 1 – Схема непрерывно действующей ректификационной установки.

Ректификационная колонна имеет цилиндрический корпус, внутри которого установлены контактные устройства в виде тарелок или насадки. Снизу вверх по колонне движутся пары, поступающие в нижнюю часть аппарата из кипятильника, который находится вне колонны, т. е. является выносным, либо размещается непосредственно под колонной. Следовательно, с помощью кипятильника создается восходящий поток пара.

Пары проходят через слой жидкости на нижней тарелке, которую будем считать первой, ведя нумерацию тарелок условно снизу вверх.

Пусть концентрация жидкости на первой тарелке равна х₁ (по низкокипящему компоненту), а ее температура t₁. В результате взаимодействия между жидкостью и паром, имеющим более высокую температуру, жидкость частично испаряется, причем в пар переходит преимущественно НКК. Поэтому на следующую (вторую) тарелку поступает пар с содержанием НКК у₁>х₁.

Испарение жидкости на тарелке происходит за счет тепла конденсации пара. Из пара конденсируется и переходит в жидкость преимущественно ВКК, содержание которого в поступающем на тарелку паре выше равновесного с составом жидкости на тарелке. При равенстве теплот испарения компонентов бинарной смеси для испарения 1 моль НКК необходимо сконденсировать 1 моль ВКК, т. е. фазы на тарелке обмениваются эквимолекулярными количествами компонентов.

На второй тарелке жидкость имеет состав x₂ содержит больше НКК, чем на первой (х₂ > х₁), и соответственно кипит при более низкой температуре (t₂ < t₁). Соприкасаясь с ней, пар состава y₁ частично конденсируется, обогащается НКК и удаляется на вышерасположенную тарелку, имея состав у₂ > x₂, и т. д.

Таким образом, пар, представляющий собой на выходе из кипятильника почти чистый ВКК, по мере движения вверх все более обогащается низкокипящим компонентом и покидает верхнюю тарелку колонны в виде почти чистого НКК, который практически полностью переходит в паровую фазу на пути пара от кипятильника до верха колонны.

Пары конденсируются в дефлегматоре, охлаждаемом водой, и получаемая жидкость разделяется в делителе на дистиллят и флегму, которая направляется на верхнюю тарелку колонны. Следовательно, с помощью дефлегматора в колонне создается нисходящий поток жидкости.

Жидкость, поступающая на орошение колонны (флегма), представляет собой почти чистый НКК. Однако, стекая по колонне и взаимодействуя с паром, жидкость все более обогащается ВКК, конденсирующимся из пара.

Когда жидкость достигает нижней тарелки, она становится практически чистым ВКК и поступает в кипятильник, обогреваемый глухим паром или другим теплоносителем.

На некотором расстоянии от верха колонны к жидкости из дефлегматора присоединяется исходная смесь, которая поступает на так называемую питающую тарелку колонны. Для того чтобы уменьшить тепловую нагрузку кипятильника, исходную смесь обычно предварительно нагревают в подогревателе до температуры кипения жидкости на питающей тарелке.

Питающая тарелка как бы делит колонну на две части, имеющие различное назначение. В верхней части (от питающей до верхней тарелки) должно быть обеспечено, возможно, большее укрепление паров, т. е. обогащение их НКК с тем, чтобы в дефлегматор направлялись пары, близкие по составу к чистому НКК. Поэтому данная часть колонны называется укрепляющей. В нижней части (от питающей до нижней тарелки) необходимо в максимальной степени удалить из жидкости НКК, т. е. исчерпать жидкость для того, чтобы в кипятильник стекала жидкость, близкая по составу к чистому ВКК. Соответственно эта часть колонны называется исчерпывающей.

В дефлегматоре могут быть сконденсированы либо все пары, поступающие из колонны, либо только часть их, соответствующая количеству возвращаемой в колонну флегмы. В первом случае часть конденсата, остающаяся после отделения флегмы, представляет собой дистиллят (ректификат), или, верхний продукт, который после охлаждения в холодильнике 6 направляется в сборник дистиллята. Во втором случае несконденсированные в дефлегматоре пары одновременно конденсируются и охлаждаются в холодильнике, который при таком варианте работы служит конденсатором-холодильником дистиллята,

Жидкость, выходящая из низа колонны (близкая по составу ВКК), также делится на две части. Одна часть, как указывалось, направляется в кипятильник, а другая — остаток (нижний продукт) после охлаждения водой в холодильнике направляется в сборник.