3)Выбор конструкции колонны и материала для её изготовления

Так как в колонне агрессивная среда то будем использовать сталь с маркой: X18T10Н

4)Описание технологического режима ректификационной установки

Исходная смесь из промежуточной емкости 13 центробежным насосом подается в теплообменник 1 где подогревается до температуры кипения насыщенным паром. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну 2 на тарелку питания , где смешивается с флегмой из укрепляющей части колонны. Стекая вниз жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике 11.В результате из жидкости удаляется легколетучий компонент. Пар, обогащенный нк поднимается вверх по колонне и поступает в дф3. Из дф сконденсировавшийся пар поступает на распределительный стакан 4, где конденсат разделяется на флегму и дистиллят, где дистиллят поступает в хд 5 и далее в промежуточную ёмкость 7. Из кубовой части колонны непрерывно отводится кубовый остаток- продукт, обогащенный вк, который охлаждается в т/о 6 и направляется в ёмкость 9.

Подогреватель исходной смеси и кипятильник обогреваются насыщенным паром, образовавшийся конденсат поступает на технужды .

Охлажденная вода нагревается в холодильниках и дефлегматоре, и поступает на градирню и далее в цикл…

5)Техника безопасности при работе с ректификационными установками

Пары уксусной кислоты раздражают слизистые оболочки верхних дыхательных путей. Порог восприятия запаха уксусной кислоты в воздухе находится в районе 0,4 мг/л. ПДК в атмосферномвоздухе составляет 0,06 мг/м³, в воздухе рабочих помещений — 5 мг/м³.^[4]

Действие уксусной кислоты на биологические ткани зависит от степени её разбавления водой. Опасными считаются растворы, в которых концентрация кислоты превышает 30 %.^[4]Концентрированная уксусная кислота способна вызывать химические ожоги, инициирующие развитие коагуляционных некрозов прилегающих тканей различной протяженности и глубины^[15].

Токсикологические свойства уксусной кислоты не зависят от способа, которым она была получена^[16]. Смертельная доза составляет примерно 20 мл.

Последствиями приёма концентрированной уксусной кислоты являются тяжёлый ожог слизистой оболочки полости рта, глотки, пищевода и желудка; последствия всасывания уксусной эссенции —ацидоз, гемолиз, гемоглобинурия, нарушение свёртываемости крови, сопровождающееся тяжёлыми желудочно-кишечными кровотечениями. Характерно значительное сгущение крови из-за потери плазмы через обожжённую слизистую оболочку, что может вызвать шок. К опасным осложнениям отравления уксусной эссенцией относятся острая почечная недостаточность и токсическая дистрофия печени.

При приёме уксусной кислоты внутрь следует выпить большое количество жидкости. Вызов рвоты является крайне опасным, так как вторичное прохождение кислоты по пищеводу усугубит ожог. Показано промывание желудка через зонд. Необходима немедленная госпитализация.

Не работайте в нетрезвом виде. Перегонка, ректификация, работы по ремонту и обслуживанию в НЕТРЕЗВОМ ВИДЕ КАТЕГОРИЧЕСКИ ЗАПРЕЩЕНЫ! . Теряется бдительность, замедляется реакция. Будьте внимательны и осторожны при работе. Не спешите, не суетитесь. Продумывайте каждое действие на предмет возможных последствий. Оборудуйте место работы огнетушителем. Располагайте огнетушитель возле входа в рабочее помещение. Помещение, где собираетесь проводить дистилляцию, ректификацию должно быть по возможности максимально просторным. Перед началом процесса необходимо убрать всё лишнее, максимально очистить пространство. Не захламляйте место проведения работ в процессе. Как можно меньше заставляйте пол, не создавайте лишних препятствий для передвижения и экстренной эвакуации. Используйте одежду с длинным рукавом из натуральной ткани и закрытую обувь на резиновой подошве. Одежду безопаснее использовать такую, которую можно быстро снять. Это уменьшит ожоги в случае возгорания или попадания горячей жидкости. Не работайте босиком, в трусах, шортах, с голым торсом. В этом случае простое касание горячего оборудования повлечет ожог, который спровоцирует резкое рефлекторное движение, из-за которого можно что-то уронить или повредить, получить травму. Не оставляйте работающее оборудование без присмотра. При наличии систем безопасности, проверяйте их работоспособность перед каждым запуском. Содержите аптечку в соседнем с рабочим помещении. Следите за годностью препаратов и медикаментов. Дополните аптечку противоожоговыми препаратами. В рабочем помещении не должны быть другие люди без особой необходимости. Обязательно исключайте присутствие детей и домашних животных. Проинструктируйте находящихся поблизости людей об опасности, и о том, каким образом они могут помочь в случае необходимости. Обеспечьте легкий доступ к кранам перекрытия воды, кнопкам аварийного отключения оборудования, пр. Обеспечьте вентиляцию помещения. Обеспечьте вентиляцию рабочего помещения. Следите за системой охлаждения во время работы. Останов системы охлаждения приводит к выбросу паров в помещение, пожару, взрыву. Испытывайте новое оборудование только на воде. Эта процедура позволит промыть аппарат от флюсов и шлаков, убедиться в работоспособности аппарата, герметичности соединений и не вызовет пожароопасных ситуаций в случае обнаружения неисправностей. Соблюдайте меры безопасности при хранении. Не храните большое количество уксуса в жилых и примыкающих к ним помещениях. По возможности, оборудуйте отдельные помещения согласно норм пожароопасности класса А или Б. Правила безопасности при дистилляции. Не вскрывайте горячий куб. Это приводит к вскипанию кубового остатка, выбросу пара, ожогам. Не доливайте холодное сырье в горячий куб. Это приводит к вскипанию кубового остатка, выбросу пара, ожогам. Следите за наполнением приемной тары. Своевременно меняйте её. Разлив грозит загазованность...  Не перекрывайте выходное отверстие холодильника и не устанавливайте никакой запорной арматуры на паропровод. Связь внутри кубового пространства с атмосферой должна быть постоянна. Правила ТБ при ректификации.. Не используйте нагрев открытым огнем при ректификации. Не курите возле РК. Использование открытого огня может привести к пожару, взрыву.  Перед работой проверяйте герметичность всех узлов и соединений, особенно узла отбора, спирт провода. Пары спирта в воздухе неуловимы человеческими органами чувств. Не перекрывайте трубку (отверстие) связи колонны с атмосферой ни при каких условиях. 

6) Расчетная часть проекта.

1

Определяем производительность колонны по дистилляту и кубовому остатку:

F=P+W----W=F-P---W=5,5-2.76=2,74(кг/сек)

2

Определяем мольные доли,,нк,,в исходной смеси и кубовом остатке

a_p 0.95

M_h2o 18

X_p= = =0.98

a_p 1-a_p 0.95 1-0.95

M_h2o M_y 18 60

a_f 0.38

M_h2o 18 0.021

X_f= = = =0.6

a_f 1-a_f 0.38 1-0.38 0.021+0.013

M_h2o M_y 18 60

a_w 0.035

M_h2o 18 0.019

X_w= = = =0.1

a_w 1-a_w 0.035 1-0.035 0.0019+0.016

M_h2o M_y 18 60

3

По данным таблицы равновесного состояния y^x-x строим диаграмму

y^x-x и t-x-y^x

4

Определяем по y^x-x диаграмме минимальное флегмовое число

x_p-y^x_f 0.98-0.7

R_min= = =2.8

y^x_f-x_f 0.7-0.6

5

Определяем рабочее флегмовое число

R_min=R_min(1+2-2.5)=R_min*1.2=3.36

6

Определяем отрезок b по y_x-x диаграмме

x_p

b = =0.25

R+1

7

По диаграмме y_x-x определяем число теоретических и действительных тарелок - ч.е.п. с учетом кпд тарелки =0,5

8

n_т^н=11 n_y^н= (11/0,5)=22

n_t^в=7 n_y^в=(7/0,5)=14

9

Находим общее число тарелок

n= n_y^в+ n_y^н=22+14=36

10

Определяем высоту тарельчатой части колонны из ряда 200..400…..1000 (=1м или 1000мм)

H_t=36*1=36м или 36*1000=36000 мм

11

Определяем высоту колонны

1

H= H_t+ H_t+1=12+36+1=49м

3

12

Определяем количество поднимающихся паров по высоте колонны

G_n=p(R+1)=2.76(3.36+1)=12(кг/сек)

13

Определяем количество стекающей жидкости в укрепляющей части колонны

L^в=ϕ=P*R=9.3(кг/сек)

14

Определяем количество стекающей жидкости в исчерпывающей части колонны

L^н= ϕ+F=9.3+8=17.3(кг/сек)

15

Определяем условною скорость паров по графику (1-624)

ρ_n 1,1

W_y= = =0,001-значение при h =1м

ρ_ж 1084

16

Определяем плотность пара

M_ср*P 34.4*98000

P_n= = =1.1 кг/м³

RT 273+110

17

Определяем среднюю плотность стекающей жидкости и при

0,945+0,18

X_ср^в= =0,56

2

0,18 + 0,04

X_ср^н= =0,11

2

0,56+0,11

X_ср= =0,335

2

Данному составу соответствует температура конденсата 108с по t-x-y диаграмме.

18

Находим плотность кислоты и воды при t=108с

P_h2o=951

P_кисл=1217(P_y)

19

Определяем среднюю плотность жидкости

(1217+951)/2=1084кг/м³

20

Определяем среднюю молекулярную массу

М_ср=М_у*0,39+М_h2o(1-0.39)=34.4

По графику 1-624 скорость пара в колонне

W_y=2.8 м/сек

21

Определяем объем пара

G_g

V_n= =12/1.1=10.9 м³/сек

Ρ_n

22

Определяем условное сечение колонны

V_n

S_y= =10.9/2.8=3.9м

W_y

23

Определяем условный диаметр колонны

4S_y

D_y= =2.18м

Π^2s

Действительный диаметр

ПD² 4S_y

S= =3.14*2²/4=3.14м² D= =1.8 принято 2м

4 Π

По гост 26808.73 диаметр колонны принято 2м и колпачки с/к 100мм

24

Определяем условия работы колонны

1.8*ΔP 1240

h = =0,117

ρ_ж^д= 1084*9,8

0,117 1 --------условия работы колонны хорошее

25

Определяем общее сопротивление колонны

ΔP= ΔP₁+ ΔP₂ +ΔP₃=44+1171+25=1240

26

L*ρ_n*W²₀ 5*1.1*2.8²

ΔP₁= = =44

2 2

L=0.5 ρ_n=1.1 W²₀-скорость в прорезях колпачков=3,5м/с

27

Определяем сопротивление столба жидкости на колпачковой тарелки

L 30*10^-3

ΔP₂=1,3*g*k*ρ_ж(е+ +Δh)=1.3*9.8*1084*(0.02+ +0.05)=1171н/м²

2 2

28

Определяем сопротивление обусловленное силами поверхностными натяжениями

4*p_ср 4*39,75*10^-3 175*10^-3

ΔP₃₌ = = =25н/м²

d_экв 0.007

29

Определяем поверхностное натяжение кислоты и воды при Т ср и

=18,9 д/см*10^-3

= *0,335+ (1-0,335)=18,9*0,335+54,9(1-0,335)=39,75

30

Выбор типа колпачков и выбор материала для их изготовления

Размеры:

d_k=внутренний диаметр 100мм

d_н=наружный диаметр 104мм

а=ширина прорези 4мм

h=высота прорези 30 мм

h_r=высота колпачка 94мм

n_r=число колпачков 40 шт

31

Определяем скорость пара в прорезях колпачка из условия что сечение патрубков составит 0.1 от колонн

S_n=0.1*S=0.1*3.14=0.314

32

Определяем сечение одного колпачка

ПD²_k 3.14

S_k= = (100*10^-3)²=0.785*0.1²=0.00785м²

4 4

33

Определяем число колпачков

0.314

N_k= =40

0.00785

34

Определяем сечение колпачка и всех прорезей

S_пр=а_х*b=0.004*0.003=1.21*10^-3 м²

S_прор=Sпр*n_пр=3,24*10^-3

35

Определяем общее сечение колпачков

S₀= Sпр*n=3.24*10^-3*100=0.324

36

Определяем скорость движения пара в прорезях колпачка

W⁰

W= =2.8/0.5=5.6

Φ

37

Определяем коэффициент Φ

S₀

Φ= =0.324/0.656=0.5

S_n

37

Проверяем условие работы колонн и полное давление в колонне

Δl

h 1.8* =0.117

p_ж*g

1 0.117

Вывод: условие работы колонны хорошие.

P_к= ΔP*n_k=1240*36=44640 н/м²

Вывод : Рассчитали ректификационную колонну для разделения смеси(уксусная кислота + вода)производительностью 8 кг/сек

Список литературы:

1 Плановский А.Н., Рамм В.Н.,Каган З.С Процессы и аппараты химических технологий –М Химия 1968г

2 Романков П.Г Процессы и аппараты химической промышленности –Ленинград Химия 1989

3 Лащинский А.А., Толщинский А.Р инструктирование и расчеты химических аппаратов- Химия 1971

4 Дытнерский И.Ю ОПиА ХТ