МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Нижнекамский химико-технологический институт (филиал)
федерального государственного бюджетного образовательного учреждения
высшего образования
«Казанский национальный исследовательский технологический университет»
(НХТИ ФГБОУ ВО «КНИТУ»)
Кафедра ПАХТ
Ректификационная колонна Пояснительная записка и расчеты к Курсовому проекту
РК 11 03 00 00 000 ПЗ
Руководитель: Гарипов М.Г.
Разработал
студент группы 1401: Таблдиев С.М.
Нижнекамск 2017
Содержание
1. Техническое задание по проектированию 3
2. Введение 4
3. Схема ректификационной установки 7
4. Расчётная часть
4.1. Материальный баланс 8
4.2. Определение скорости пара и диаметра колонны 11
4.3. Определение числа тарелок и высоты колонны 15
4.4. Гидравлический расчёт колонны 17
4.5. Тепловой расчёт установки 23
4.6. Определение диаметров штуцеров 26
5. Подбор стандартных деталей
5.1. Штуцера 32
5.2. Опора аппарата 34
5.3. Фланцы 35
5.4. Днище 37
5.5. Расчет обечайки аппарата 39
6. Общие сведения о компонентах смеси и ТБ ведения процесса 40
7. Список использованной литературы 44
8. Приложение 45
Спецификация
2
3 1. Техническое задание по проектированию
Рассчитать и
спроектировать ректификационную колонну
с клапанными тарелками для разделения
под атмосферным давлением, с расходом
GF
т/ч бинарной смеси S
(метиловый спирт – этиловый спирт) с
концентрацией низкокипящего компонента
%
(масс). Исходная смесь поступает в колонну
при температуре кипения. Требования к
чистоте продуктов:
%
(масс),
%
(масс).
=
8 т/ч;
= 43 %;
= 97 %;
= 4 %.
4 2. Введение
Ректификация — массообменный процесс разделения однородной смеси летучих компонентов, осуществляемый путем противоточного многократного взаимодействия паров, образующихся при перегонке, с жидкостью, образующейся при конденсации этих паров [1.с245].
Разделение жидкой смеси основано на различной летучести веществ. При ректификации исходная смесь делится на две части: дистиллят — смесь, обогащенную низкокипящим компонентом (НК), и кубовый остаток — смесь, обогащенную высококипящим компонентом (ВК).
Процесс ректификации осуществляется в ректификационной установке основным аппаратом, который является ректификационная колонна, в которой пары перегоняемой жидкости поднимаются снизу, а навстречу парам стекает жидкость, подаваемая в виде флегмы в верхнюю часть аппарата.
Процесс ректификации может протекать при атмосферном давлении, а также при давлениях выше и ниже атмосферного. Под вакуумом ректификацию проводят, когда разделению подлежат высококипящие жидкие смеси. Повышенное давление применяют для разделения смесей, находящихся в газообразном состоянии при более низком давлении. Атмосферное давление принимают при разделении смесей, имеющих температуру кипения от 30 до 150 °С.
Степень разделения смеси жидкостей на составляющие компоненты и чистота получаемых дистиллята и кубового остатка зависят от того, насколько развита поверхность контакта фаз, от количества подаваемой на орошение флегмы и устройства ректификационной колонны.
5
Преимущественное использование тарельчатых колонн в процессах перегонки объясняется их значительно большей производительностью по сравнению с насадочными.
При выборе ректификационной колонны для проектируемого разделения следует иметь ввиду, что тарельчатые колонны очень малого диаметра значительно дороже соответствующих насадочных колонн, однако по мере увеличения диаметра стоимость насадочных колонн возрастает значительно быстрее. Приблизительно можно считать, что стоимость насадочной колонны растет пропорционально квадрату диаметра, а колпачковой — диаметру в первой степени. Следовательно, за пределами некоторого граничного значения диаметра использование тарельчатых колонн должно быть более экономичным.
Длительный опыт промышленной эксплуатации насадочных колонн показал целесообразность их использования при диаметрах не более 0,8 м. При дальнейшем увеличении диаметра насадочной колонны ухудшается равномерное распределение флегмы по насадке, образуются каналы, по которым преимущественно устремляется флегма, и эффективность колонны резко снижается.
Наиболее распространены колпачковые тарельчатые колонны, хотя в последнее время получили преимущество ситчатые, клапанные, чешуйчатые и другие более эффективные виды барботажных устройств, главным назначением которых является максимальное развитие межфазного контакта, что способствует интенсификации массообмена между парами и флегмой. Помимо этого выбор типа контактного устройства определяется и такими факторами, как экономия материала, стоимость, легкость изготовления, чистки и ремонта, стойкость к коррозии, малое падение напора при прохождении паров, широта диапазона устойчивой работы тарелки (табл.2.1).
6
Таблица 2.1- Типы тарелок и область из применения
Типы |
Диаметр, мм |
Область применения |
Ситчатые |
От 400 до 4000 |
Для процессов, протекающих при любом давлении и стабильных режимах. Диапазон устойчивой работы тарелок -2 |
Ситчато-клапанные |
Для процессов, протекающих преимущественно под вакуумом и атмосферном давлении. Диапазон устойчивой работы тарелок -3-3,5 |
|
Клапанные-колпачковые |
Для процессов, протекающих преимущественно при атмосферном и повышенном давлении. Диапазон устойчивой работы тарелок -3,5 |
|
Жалюзийно-клапанные |
От 1000 до 4000 |
Для процессов, протекающих преимущественно при атмосферном и повышенном давлении. Диапазон устойчивой работы тарелок -4,5 |
Колпачковые |
От 400 до 4000 |
Для процессов, протекающих при любом давлении и нестабильных режимах. Диапазон устойчивой работы тарелок -4,5 |