Федеральное агентство по образованию

Томский политехнический университет

Химико-технологический факультет

Кафедра ОХТ

Ректификационная тарельчатая колонна непрерывного действия

расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту

КП ФЮРА 360000. 000. 00 ПЗ

Выполнил:

ст. группы 5А62А Дериглазов В.В.

Проверил:

доцент Риффель В.Р.

Томск 2009

Содержание

Введение	3
Начальные условия	4
1. Материальный баланс колонны и рабочее флегмовое число	5
2. Скорость пара и диаметр колонны	9
3. Гидравлический расчет тарелок	11
4. Определение числа тарелок и высоты колонны	14
5. Тепловой расчет установки	16
6. Конструктивно-механический расчет	18
6.1 Расчет штуцеров и фланцевых соединений	18
6.2 Расчет толщины обечайки	18
6.3. Определение толщины тепловой изоляции	19
Приложение 1	20
Список литературы	24

Введение.

Ректификация – это процесс разделения жидких смесей, который сводится к одновременно протекающим и многократно повторяемым процессам частичного испарения и конденсации разделяемой смеси на поверхности контакта фаз. Ректификацию чаще всего проводят в колонных аппаратах.

Ректификационные колонны предназначены для проведения процессов массообмена в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности. Колонные аппараты изготавливают диаметром 400-4000 мм для работы под давлением до 1.6 МПа в царговом (на фланцах) исполнении корпуса, для работы под давлением до 4 Мпа в цельносварном исполнении корпуса.

В зависимости от диаметра, колонные аппараты изготавливают с тарелками различных типов. Колонные аппараты диаметром 400-4000 мм оснащают стандартными контактными и распределительными тарелками, опорами, люками, днищами и фланцами.

Большое разнообразие тарельчатых контактных устройств затрудняет выбор оптимальной конструкции тарелок. При этом на ряду с общими требованиями (высокая интенсивность единицы объема аппарата, его стоимость и т.д.) ряд требований может определяться спецификой производства: большим интервалом устойчивой работы при изменении нагрузок по фазам, способность тарелок работать в среде загрязненных жидкостей, возможностью защиты от коррозии и т.п. Зачастую эти качества становятся превалирующими, определяющими пригодность той или иной конструкции для использования в каждом конкретном процессе.

Расчет ректификационной колонны сводится к определению ее основных геометрических размеров: диаметр и высота. Оба параметра в значительной мере определяют нагрузками по пару и жидкости, типам тарелки, свойствами взаимодействующих фаз.

Ректификацию будем производить при атмосферном давлении 0.1Мпа на ситчатых тарелках. На питание колонны будем подавать исходную смесь, подогретую до температуры кипения; флегму будем подавать в виде жидкости при температуре кипения; кубовый остаток будем испарять и подавать в виде насыщенного пара в низ колонны.

Начальные условия.

Произвести технологический расчет ректификационной колонны непрерывного действия для разделения смеси метанол-вода, производительностью F = 3,1 кг/с. Тип колонны тарельчатая, тарелки ситчатые.

Содержание НК в смеси:

Давление греющего пара в испарителе и нагревателе исходной смеси: P_г.п. = 4 кгс/см². Исходная смесь подогревается в подогревателе исходной смеси от температуры 25ºС до температуры кипения при рабочем давлении в аппарате 10⁵ Па. Температура дистиллята и кубового остатка после холодильника 25ºС.

1. Материальный баланс колонны и рабочее флегмовое число

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

Отсюда находим:

кг/с;

P = F – W = 3,1 – 2,42 = 0,68 кг/с.

Нагрузка ректификационной колонны по пару и жидкости определяется рабочим флегмовым числом R. R_опт – находим с использованием коэффициента избытка флегмы:

β = , где

x_F и x_P – мольные доли легколетучего компонента соответственно в исходной смеси и дистилляте, кмоль/кмоль смеси;

y^*_F – концентрация легколетучего компонента в паре, находящегося в равновесии с исходной смесью, кмоль/кмоль смеси.

Пересчитываем составы фаз из массовых долей в мольные по соотношению:

кмоль/кмоль смеси;

Аналогично находим:

кмоль/кмоль смеси;

кмоль/кмоль смеси.

Строим кривую равновесия в координатах y^*-x [Приложение 1] и из графика находим y^* = 0,375 кмоль/кмоль смеси.

Данные о равновесном составе жидкости и пара системы метанол – вода определяем по номограмме [3, рис. XIV, стр. 565]

Таблица 1 — Равновесный состав жидкости и пара системы метанол–вода

to,C	Рмето	Рводао	П
	мм.рт.ст			мольные доли
64,5	750	180	760	1	1
66,0	780	195	760	0,966	0,991
67,5	800	210	760	0,932	0,981
69,3	850	220	760	0,857	0,959
71,2	900	240	760	0,788	0,933
73,1	1000	260	760	0,676	0,889
75,3	1100	280	760	0,585	0,847
78,0	1200	320	760	0,500	0,789
81,7	1400	400	760	0,360	0,663
87,7	1750	500	760	0,208	0,479
91,2	1950	600	760	0,119	0,304
93,5	2000	650	760	0,081	0,214
96,4	2200	730	760	0,020	0,059
100,0	2300	750	760	0	0

Минимальное флегмовое число равно:

;

β	1,05	1,35	1,75	2,35	3,30	6,25
R	2,69	3,46	4,48	6,02	8,45	16
N	6,5	10,5	8	7	6,5	5,5
N(R+1)	23,99	46,8	43,8	49,1	61,4	93,5

Минимальное произведение N(R+1) соответствует флегмовому числу R = 4,5

При этом коэффициент избытка флегмы: β = = ;

Из графика находим число ступеней N: N = 8.

Средние массовые расходы (нагрузки ) по жидкости для верхней и нижней части колонны определяем из соотношений:

;

где M_p, M_f – мольные доли дистиллята и исходной смеси,

M_B, M_H – средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны.

Средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны соответственно равны:

M_B = M_CH3OH X_ср.в. + M_H2O(1- X_ср.в)

M_H = M_CH3OH X_ср.н. + M_H2O(1- X_ср.н)

M_CH3OH, M_H2O – мольные массы метанола и воды;

X_ср.в., X_ср.н – ср. мольный состав жидкости соответственно в верхней и нижней частях колонны:

Тогда:

Мольная масса исходной смеси:

Отсюда:

Средние массовые потоки пара в верхней G_В и нижней G_H частях колонны соответственно равны:

;

, - средние мольные массы паров в верхней и нижней частях колонны:

= M_CH3OH y_ср.в. + M_H2O(1- y_ср.в)

= M_CH3OH y_ср.н. + M_H2O(1- y_ср.н)

Из графика находи: y_p = 0,98; y_w = 0,075,

где:

Тогда:

Отсюда: