- •Курсовой проект по процессам и аппаратам химической технологии:
- •Оглавление
- •Задание по курсовому проектированию
- •Подбор материалов
- •Материальный баланс колонны
- •Расчет рабочего флегмового числа
- •Средние нагрузки по жидкости и пару отдельно для верхней и нижней части колонны.
- •Средние массовые потоки пара в верхней Gв и нижней Gн частях колонны:
- •6. Расчёт высоты колонны
- •6.1 Высота светлого слоя жидкости
- •6.2 Коэффициенты массопередачи и высота колонны
- •6. 3. Расчёт высоты сепарационного пространства :
- •6. 4. Расчёт кинетической кривой :
- •7. Гидравлическое сопротивление тарелок колонны
- •4. Расчет теплообменников
- •4.1. Тепловой расчёт подогревателя исходной смеси
Задание по курсовому проектированию
Рассчитать и спроектировать ректификационную установку непрерывного действия для разделения бинарной смеси “бензол - хлороформ” по следующим данным :
1.Производительность по исходной смеси: 2,7 тонн/час.
2.Содержание легколетучего компонента в:
а) исходной смеси: 42% масс.
б) верхнем продукте (ректификате): 99% масс.
в) нижнем продукте (кубовом остатке): 1,2% масс.
3.Тип колонны: выбрать
4.Тип контактных элементов: выбрать
5.Обогрев кипятильника: насыщенный водяной пар
6.Конденсация паров в дефлегматоре: полная.
7.Охлаждающая среда в дефлегматоре: вода.
8.Давление в колонне: атмосферное (760 мм. рт. ст.).
Подбор материалов
Конструкционный материал выбираем исходя из соображений коррозионной стойкости материала. Скорость коррозии не должна превышать 0,1 мм. в год.
Мы имеем дело с органическими жидкостями и их парами. В этом случае используются хромированные стали.
Выбираем сталь Х18Н10Т
Состав стали:
С – не более 0,12%; Si – не более 0,8%; Мn – 1-2 %;
Cr – 17-19%; Ni – 9-11%; Ti – 0,6%
Примеси: S – не более 0,02 %; P – не более 0,035%
Коэффициент теплопроводности для этой стали равен 16,4 Вт/м к
Прокладочный материал фторопласт – 4.
Материальный баланс колонны
Ректификации подвергается смесь бензол – хлороформ. Ректификация проводится при атмосферном давлении в противоточном колонном аппарате непрерывного действия с насадочными контактными элементами.
Физико-химические свойства веществ:
Бензол – C6Н6,
Молекулярная масса = 78,11 г/моль
Температура кипения = 80,1 °C
Хлороформ– CHCl3,
Молекулярная масса =119,38г/моль
Температура кипения = 61,2 °C
1.1 Производительность колонны по дистилляту Р и кубовому остатку W определим из уравнений материального баланса колонны:
F-расход исходной смеси, кг/с F==0,75(кг/с)
=42%
=99% (в массовых долях)
=1,2%
-
где:
W- расход кубового остатка, кг/с;
P- расход дистиллята, кг/с;
XF -концентрация легколетучего компонента в исходной смеси
XW -концентрация легколетучего компонента в кубовом остатке
XP -концентрация легколетучего компонента в дистилляте
отсюда:
1.2 Для дальнейших расчетов выразим концентрации питания, дистиллята и кубового остатка в мольных долях, а также найдем относительный мольный расход питания.
Исходная смесь:
Дистиллят:
Кубовый остаток:
Относительный мольный расход питания:
Найдем мольные массы:
а) исходная смесь:
91,36кг/кмоль
б) дистиллята:
118,76кг/кмоль
в) кубового остатка:
78,44 кг/кмоль
Расчет рабочего флегмового числа
Для нахождения рабочего флегмового числа построим диаграмму равновесия между паром и жидкостью при постоянном давлении (атмосферном).
Справочные данные состава жидкости (X) и пара (Y) по наиболее высоко кипящему компоненту представлены в таблице 1.
Таблица 1.
х, мол.% |
у, мол% |
Т, град |
0,0 |
0,0 |
80,6 |
5,0 |
6,5 |
80,1 |
8,0 |
10,0 |
79,8 |
10,0 |
12,6 |
79,6 |
15,0 |
20,0 |
79,0 |
20,0 |
27,2 |
78,4 |
22,0 |
30,0 |
78,2 |
29,0 |
40,0 |
77,3 |
40,0 |
54,6 |
75,9 |
44,0 |
60,0 |
75,3 |
54,0 |
70,0 |
74,0 |
60,0 |
74,6 |
73,1 |
66,0 |
80,0 |
71,9 |
79,0 |
90,0 |
68,9 |
90,0 |
96,2 |
65,7 |
100,0 |
100 |
64,5 |
Результат построения представлен на графике 1.
Из графика видим, что y*(xF) = 44,0%
y*(xF) – концентрация легколетучего компонента в паре
Минимальное флегмовое число :
Задавшись различными коэффициентами избытка флегмы , определим соответствующие флегмовые числа.
Графическим построением ступеней изменения концентраций между равновесной и рабочими линиями на диаграмме состав пара y – состав жидкости х найдем N (число изменений концентрации или теоретических тарелок, определяющие высоту колонны). Также находим минимальное произведение N×(R – 1), пропорциональное объему ректификационной колонны (R+1) – расход паров, и, следовательно, сечение колонны
-
Β
1,1
1,3
1,5
2,1
2,5
3
R
5,038
5,954
6,87
9,618
11,45
13,74
N
36
30
25
21
21
18
N(R+1)
217,37
208,62
196,75
222,98
261,45
265,32
Точка пересечения рабочих линий зависит от величины , которая изменяется с изменениемR (так как xp=const).
Для графического определения рабочего (оптимального) флегмового числа построим график зависимости N(R+1) от R, где N – число ступеней изменения концентраций или теоретических тарелок.
Из графика 2 находим: оптимальное флегмовое число Rопт = 6,87
При этом коэффициент избытка флегмы
β = 6,87/4,58=1,5
При дальнейших расчетах уравнений рабочих линий укрепляющей и исчерпывающей части ректификационной колонны, я буду использовать оптимально флегмовое число, которое было рассчитано мною R = 6,87