Российский химико–технологический университет им. Д. И. Менделеева

Кафедра процессов и аппаратов Пояснительная записка

к курсовому проекту по процессам и аппаратам химической технологии на тему:

«Расчет ректификационной установки».

Выполнил: Мокрушин А.С.

Группа Ф-44

Задание: № 15

Проверила: Петропавловская Н.Н.

Москва 2013

Оглавление:

1. Введение . . . . . . . . . 2

2. Описание технологической схемы установки . . . . 2

3. Основные физико–химические свойства перерабатываемых веществ и получаемых продуктов . . . . . . . 4

4. Технологический расчет . . . . . . . 6

1. Расчет диаметра тарельчатой ректификационной колонны . 6

   1. Пересчет концентраций . . . . . . 6

   2. Материальный баланс колонны . . . . 6

   3. Расчет флегмового числа . . . . . . 7

   4. Расчет скорости пара и диаметра колонны . . 7

2. Определение действительного числа тарелок и высоты колонны 17

5.Тепловые расчеты . . . . . . . . 21

1. Расчет дефлегматора . . . . . . . 21

2. Расчет холодильника дистиллята . . . . . 22

3. Расчет кипятильника . . . . . . . 23

4. Расчет холодильника кубового остатка . . . . 24

5. Расчет подогревателя потока питания . . . . 25

6. Расчет и выбор диаметров трубопроводов . . . 26

7. Подбор емкостей. . . . . . . 33

8. Подбор конденсатоотводчиков . . . . . . 34

9. Подбор насоса. . . . . . . 34

5. Заключение . . . . . . . . . 34

6. Список используемой литературы . . . . . 35

1. Введение

Темой курсового проекта является разработка промышленной ректификационной установки для разделения смеси Изопропанол-пропанол.

Ректификационная установка включает в себя подогреватель исходной смеси, ректификационную колонну с кипятильником и дефлегматором, холодильники кубового остатка и дистиллята. Ректификационная колонна представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат тарельчатого типа.

Кипятильник и дефлегматор подбираются выносными, что позволяет использовать стандартную аппаратуру с любой поверхностью теплообмена, обладающую относительно небольшим гидравлическим сопротивлением и обеспечивает удобство монтажа и обслуживания (замену, чистку и т.п.).

Проектируемая ректификационная установка должна обеспечивать получение дистиллята и кубового остатка в заданном количестве и заданного состава:

F= 0,5кг/с;_w= 0,02;_F= 0,5;_p= 0,98.

При выполнении работы было использовано программное обеспечение кафедры процессов и аппаратов химической технологии для следующих целей:

• Подбор размеров тарелок и расчет их числа.

• подбор теплообменников.

2. Технологическая схема установки

Исходную смесь из промежуточной емкости 1 центробежным насосом подают в подогреватель 2, где она подогревается до температуры кипения. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну 3 на тарелку питания, где состав жидкости равен составу исходной смеси X_F.

Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике 4. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка Хw, т.е. обеднен легколетучим компонентом. Для более полного обогащения верхнюю часть колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом жидкостью (флегмой) состав Хр, получаемой в дефлегматоре 5 путем конденсации пара, выходящего из колонны. Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения-дистиллята, который охлаждается в холодильнике 7 и направляется в промежуточную емкость 8.

Из кубовой части колонны непрерывно выводится кубовая жидкость-продукт, обогащенный труднолетучим компонентом, который охлаждается в холодильнике 7 и направляется в емкость 9.

Таким образом, в ректификационной колонне осуществляется непрерывный равновесный процесс разделения исходной бинарной смеси на дистиллят (с высоким содержанием легколетучего компонента-изопропанола) и кубовый остаток (обогащенный труднолетучим компонентом – водой).

3. Основные физико-химические свойства перерабатываемых веществ и получаемых продуктов

	изопропанол	вода
Химическая формула	СН3СН(ОН)СН3	CH3CH2CH2OH
Температура кипения при давлении 1 ата, оС	82,5	97
Молекулярная масса, г/моль	60,096	60,096

[ 3, стр. 13 ]

Плотности веществ при различной температуре

Вещество	Плотность кг/м3
	0 оС	20 оС	40 оС	60 оС	80 оС	90 оС	100 оС	110 оС
СН3СН(ОН)СН3		785,1	768,5	751,9	735,1	726,5	717,8
CH3CH2CH2OH		803.5	787.5	770	752	745.5	732.5	722

[ 4, стр. 4-5, 14 ]

Динамические коэффициенты вязкости жидких веществ при различной температуре

Вещество	Динамический коэффициент вязкости, мПас (сП)
	0 оС	10 оС	20 оС	30 оС	40 оС	50 оС	60 оС	80 оС	90 оС	100оС
СН3СН(ОН)СН3		3,26	2,39	1,77	1,33	1,03	0,8	0,527	0,439	0,376
CH3CH2CH2OH		2.897	2.234	1.720	1.400	1.129	0.921	0.628	0.526	0.443

[ 4, стр. 4-5, 15 ]

Динамические коэффициенты вязкости паров веществ при различной температуре

Вещество	Динамический коэффициент вязкости 106 Пас
	0 	20 	50 	80 	90 	100 
СН3СН(ОН)СН3		7,74	8,52	9,30	9,56	9,82
CH3CH2CH2OH	8,83		1065			12590

[ 4, стр. 22 ]

Коэффициенты теплопроводности жидких веществ при различной температуре

Вещество	Коэффициент теплопроводности, Вт/(мК)
	20 оС	30 оС	50 оС	80 оС	100оС
изопропанол	0,139	0,137	0,134	0,129	0,127
Пропанол	0,155	0,153	0,149	0,144	0,14

[ 4, стр. 4-5, 19 ]

Поверхностное натяжение жидких веществ при различной температуре

Вещество	Поверхностное натяжение 103 Н/м
	0 оС	20 оС	40 оС	60 оС	80 о С	90 оС	100 оС
изопропанол		23,79	22,09	20,42	18,78	17,99	17,21
пропанол	25,32	24,48	25,77	21,05	19,33	18,48	17,63

[ 4, стр. 4-5, 16]

Удельная теплота парообразования (кДж/кг)

Вещество	Удельная теплота парообразования (кДж/кг)
	70 оС	80 оС	90 оС	100 оС
изопропанол	687	668,1	648	626,7
Пропанол	733,6	717,4	700,4	682,4

[ 4, стр. 6-7, 20 ]

Удельная теплоемкость (Дж/кг)

Вещество	Удельная теплота парообразования (кДж/кг)
	70 оС	80 оС	90 оС	100 оС
изопропанол	3212	3338	3454	3562
пропанол	2905	3030	3155	3278

[ 4, стр.4-5, 19]

Равновесные составы жидкости и пара для системы изопропанол-вода при

Р = 760 мм рт. ст.

Мольная доля изопропанола				Температура кипения смеси, оC
в жидкости		в паре
5,75	11		96,1
6,1	11,1		95,9
14,55	23,25		94,2
22,85	35,1		92,8
30,95	44,35		91,4
31,25	45		91,4
42	55,45		90
43,55	57,22		89,7
51,9	66		88,5
63,1	74,8		87
73,05	82,25		85,8
76,75	84,95		85,3
85,85	91,75		84,1
91,00	92,25		83,4

[ 2, стр. 306, таб. 355 ]

Технологический расчет

1. Расчет диаметра тарельчатой ректификационной колонны

   1. Пересчет концентраций

Для определения температур кипения исходной смеси, дистиллята и кубового остатка необходимо перейти от массовых долей к мольным:

[3, стр. 283]

где х_W, x_F, x_P – мольные концентрации низкокипящего компонента в кубовом остатке, питании, дистилляте соответственно; М – молекулярные массы.

[3, стр. 283]

2. Материальный баланс колонны.

Расчет материальных потоков в колонне проводится на основании уравнений материального баланса. Уравнения материального баланса колонны:

[1, стр. 228].

где:

• F – расход исходной смеси 6 кг/c;

• W – расход кубового остатка кг/c;

• P– расход дистиллята кг/c;

• X_F – концентрация легколетучего компонента в исходной смеси;

• X_W – концентрация легколетучего компонента в кубовом остатке;

• X_P – концентрация легколетучего компонента в дистилляте;

Решая систему этих уравнений, находим расход кубового остатка и дистиллята:

3. Расчет флегмового числа

Определяем по диаграмме Х–Yсостав пара, равновесного к составу жидкости в исходной смеси:

Рассчитываем R_min в соответствии с формулой:

Тогда R_p=1,25R_min=2,21*1,25=2,77