Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова.
Кафедра процессов и аппаратов химической технологии.
Курсовое проектирование ректификационной насадочной колонны непрерывного действия.
Пояснительная записка
Студент: Гутников С.В Группа: ХТ-407 Консультант: Карасев В.В
Москва 2009
Содержание |
|
1. Введение..................................................................................................................................................... |
4 |
2. Технологическая схема установки............................................................................................................. |
5 |
3. Таблица равновесных составов жидкости и пара бинарной смеси......................................................... |
7 |
4. Расчет мольных концентраций и молярных составов смесей................................................................. |
9 |
Определение мольных концентраций смесей:........................................................................................ |
9 |
Определение молярных составов смесей:............................................................................................ |
10 |
Определение средних мольных концентраций жидкости и пара в верхней и нижней частях колонны: |
|
................................................................................................................................................................... |
10 |
Определение средних молярных составов жидкости и пара в верхней и нижней частях колонны:. . |
11 |
5.Учет агрегатного состояния системы........................................................................................................ |
13 |
Построение рабочей линии тарелки питания:...................................................................................... |
13 |
6. Расчет минимального и рабочего флегмовых чисел.............................................................................. |
14 |
Определение минимального флегмового числа:................................................................................... |
14 |
Определение рабочего флегмового числа:............................................................................................ |
14 |
Построение рабочей линии процесса:................................................................................................... |
15 |
7. Материальный баланс колонны............................................................................................................... |
16 |
Определение потоков дистиллята и кубового остатка:......................................................................... |
16 |
Определение потоков жидкой и паровой фазы для отгонной и укрепляющей частей колонны:....... |
17 |
8. Тепловой баланс колонны........................................................................................................................ |
18 |
Определение расхода тепла в кубовом кипятильнике:......................................................................... |
18 |
Расчет расхода греющего пара в кубовом кипятильнике:..................................................................... |
19 |
Определение расхода тепла в конденсаторе-дефлегматоре:.............................................................. |
20 |
Расчет расхода охлаждающей воды в конденсаторе-дефлегматоре:................................................. |
20 |
Определение расхода тепла в подогревателе исходной смеси:.......................................................... |
20 |
Расчет расхода греющего пара в подогревателе исходной смеси:...................................................... |
21 |
Определение тепла, выделившегося при охлаждении дистиллята:.................................................... |
21 |
Расчет расхода охлаждающей воды в холодильнике для дистиллята:............................................... |
22 |
9. Скорость пара и диаметр колонны.......................................................................................................... |
23 |
Расчет плотности жидкости для отгонной и укрепляющей частей колонны:....................................... |
23 |
Расчет плотности пара для отгонной и укрепляющей частей колонны:............................................... |
24 |
Расчет вязкости жидкой фазы для отгонной и укрепляющей частей колонны:................................... |
24 |
Расчет рабочей скорости, для отгонной и укрепляющей частей колонны........................................... |
25 |
Расчет диаметра аппарата для отгонной и укрепляющей частей колонны:........................................ |
25 |
Расчет действительной скорости пара для отгонной и укрепляющей частей колонны:..................... |
26 |
10. Высота аппарата..................................................................................................................................... |
27 |
Графическое определение числа теоретических ступеней:................................................................. |
27 |
Расчет рабочего числа тарелок:............................................................................................................. |
27 |
Расчет высоты ректификационной колонны:......................................................................................... |
28 |
11. Гидравлическое сопротивление колонны.............................................................................................. |
29 |
12. Расчет и выбор кубового испарителя.................................................................................................... |
30 |
Выбор ориентировочного значения теплопередачи:............................................................................. |
30 |
Расчет и выбор ориентировочного теплообменного аппарата:............................................................ |
30 |
Расчет точного значения коэффициента теплопередачи:.................................................................... |
31 |
Расчет и выбор теплообменного аппарата на базе уточненного значения коэффициента |
|
теплопередачи:........................................................................................................................................ |
32 |
13. Расчет и выбор конденсатора-дефлегматора....................................................................................... |
34 |
Выбор ориентировочного значения теплопередачи:............................................................................. |
34 |
Расчет и выбор ориентировочного теплообменного аппарата:............................................................ |
34 |
Расчет точного значения коэффициента теплопередачи:.................................................................... |
35 |
Расчет и выбор теплообменного аппарата на базе уточненного значения коэффициента |
|
теплопередачи:........................................................................................................................................ |
37 |
14. Расчет и выбор подогревателя исходной смеси................................................................................... |
39 |
Выбор значения теплопередачи:............................................................................................................ |
39 |
Расчет и выбор теплообменного аппарата:........................................................................................... |
39 |
15. Расчет и выбор холодильника для дистиллята.................................................................................... |
41 |
Выбор значения теплопередачи:............................................................................................................ |
41 |
2
|
Расчет и выбор ориентировочного теплообменного аппарата:............................................................ |
41 |
16. |
Расчет и выбор холодильника для кубового остатка........................................................................... |
43 |
|
Выбор значения теплопередачи:............................................................................................................ |
43 |
|
Расчет и выбор ориентировочного теплообменного аппарата:............................................................ |
43 |
17. |
Расчет обечайки ..................................................................................................................................... |
45 |
|
Определение толщины обечайки:........................................................................................................... |
45 |
18. |
Расчет и подбор штуцеров..................................................................................................................... |
46 |
|
Подбор штуцера для выхода пара из колонны:..................................................................................... |
46 |
|
Подбор штуцера для входа исходной смеси на тарелку питания:....................................................... |
46 |
|
Подбор штуцера для входа флегмы в колонну:..................................................................................... |
47 |
|
Подбор штуцера для выхода кубового остатка:.................................................................................... |
47 |
|
Подбор штуцера для входа и выхода пара в колонны из кубового кипятильника:............................. |
47 |
|
Подбор штуцера для входа греющего пара в кипятильник:.................................................................. |
47 |
|
Подбор штуцера для выхода конденсата из кипятильника:................................................................. |
47 |
19. |
Подбор крышки и днища колонны.......................................................................................................... |
48 |
|
Подбор крышки и днища:......................................................................................................................... |
48 |
20. |
Расчет и подбор опоры для аппарата.................................................................................................... |
49 |
|
Подбор лап для аппарата:....................................................................................................................... |
49 |
21. |
Расчет изоляции кубового испарителя.................................................................................................. |
50 |
|
Расчет изоляции кубового испарителя:.................................................................................................. |
50 |
22. |
Расчет и подбор перекачивающего устройства.................................................................................... |
51 |
|
Расчет перекачивающего устройства:.................................................................................................... |
51 |
23. |
Расчет и подбор конденсатоотводчиков................................................................................................ |
52 |
|
Общие положения:................................................................................................................................... |
52 |
|
Расчет конденсатоотводчика для отвода конденсата из кипятильника:.............................................. |
52 |
|
Расчет конденсатоотводчика для отвода конденсата из Подогревателя:........................................... |
53 |
24. |
Расчет емкостей...................................................................................................................................... |
54 |
|
Расчет емкости для исходной смеси:..................................................................................................... |
54 |
|
Расчет емкости для дистилята:............................................................................................................... |
54 |
|
Расчет емкости для кубового остатка:.................................................................................................... |
54 |
Список используемой литературы............................................................................................................... |
56 |
|
3
1. Введение
Ректификация – это процесс разделения жидких смесей, который сводится к многократному чередованию процессов испарения и конденсации. Процесс основан на том, что жидкости, составляющие смесь, обладают различной упругостью паров. Восходящий поток пара при каждом контакте со стекающей жидкостью обогащается низкокипящим компонентом. Пар уходит из верхнего сечения колонны с преимущественным содержанием низкокипящего компонента, а из кубовой части колонны отводится кубовая жидкость, которая обогащена высококипящим компонентом. Таким образом в ректификационной колонне осуществляется непрерывный процесс разделения исходной бинарной смеси на дистиллят и кубовый остаток. Для более полного обогащения верхнюю часть колонны орошают жидкостью, которая называется флегмой, получаемую в результате конденсации пара в дефлегматоре.
Бинарная смесь бензол – хлорбензол разделяется на компоненты следующим образом: дистиллят преимущественно составляет бензол, а кубовый остаток – хлорбензол.
Процесс разделения осуществляется в тарельчатой колпачковой ректификационной колонне.
4
2. Технологическая схема установки.
Рис.1. Принципиальная схема ректификационной установки
1 — колонна, 2 — подогреватель исходной смеси, 3 — гребенка, 4 — кипятильник, 5 — конденсатор, 6,7 — холодильники, 8— 10 — сборники;
/— исходная смесь, //— дистиллят, III — кубовая жидкость, IV — пар, V— флегма, VI — теплоноситель, VII — охлаждающий агент
Принципиальная схема процесса непрерывной ректификации бинарных смесей показана на рис 1 . Исходная смесь /, которая имеет
производительность 4600 кг/ч и начальную температуру tн=250 C ,
подается |
из |
исходной емкости |
8 центробежным |
насосом, где |
подогревается |
в подогревателе 2 |
греющим паром IV |
–насыщенный |
|
5
водяной пар с давлением 0,35 МПа и температурой Т гр=1380 C до
температуры кипения смеси, равной t1=119,5 0 C. Подогретая смесь с
концентрацией 29 масс . подается на разделение в ректификационную колонну 1 на тарелку питания.
Стекая вниз по тарелкам колонны, жидкость V взаимодействует с поднимающимся вверх паром III – кубовой жидкости. Пар образуется при кипении кубового остатка в кипятильнике 4. В результате многократного процесса конденсации пара, стекающего вниз, и испаряющейся жидкости получаются, пары которой подаются вверх, в
виде низкокипящего компонента. Для более полного обогащения,
верхнюю часть колонны орошают флегмой V с температурой t2=83,5 0 C,
получаемого в конденсаторе-дефлегматоре 5 путем конденсации пара IV , выходящего из колонны. Флегму подают в количестве 1164 кг/ч.
Охлаждающий агент-вода VII нагревающаяся от t’В=25 0 C до t”В=35 0 C.
Дистиллят // с концентрацией из холодильника 5 поставляется в емкость 9.
Из кубовой части колонны непрерывно выводится кубовый продукт III с концентрацией , обогащенный высококипящим компонентом с
температурой t0=129,5 0 C, который охлаждается в холодильнике 6 до температуры tК=30 0 C, при этом охлаждающая вода VII нагревается от
t’В=25 0 C до t”В=40 0 C.Охлажденный кубовый остаток III подается в
емкость 10.
Таким образом, в ректификационной колонне 1 осуществляется непрерывный неравновесный процесс разделения исходной бинарной смеси / на дистиллят // (с высоким содержанием низкокипящего компонента) и кубового остатка III (с высоким содержанием высококипящего компонента).
6
3. Таблица равновесных составов жидкости и пара бинарной смеси.
Все концентрации в дальнейшем рассчитываются по низкокипящему компоненту, которым, в нашем случае, является бензол. Для упрощения записи введем обозначения:
А≡бензол; В≡хлорбензол .
Согласно [16, 1407], бинарная система бензол - хлорбензол имеет следующие равновесные составы жидкости х и пара у при варьировании их температуры, но при постоянном давлении, равном
(табл. 1):
х , |
кмоль А |
у, |
кмольА |
t ,0 C |
|
кмоль см. |
|
кмольсм . |
|
|
5,3 |
|
17,4 |
126,4 |
|
10,4 |
|
31,1 |
121,8 |
|
19,2 |
|
48,0 |
115,1 |
|
29,5 |
|
62,8 |
108,2 |
|
29,6 |
|
62,9 |
108,2 |
|
39,9 |
|
73,1 |
102,7 |
|
51,4 |
|
81,6 |
97,1 |
|
59,1 |
|
86,0 |
93,9 |
|
68,4 |
|
90,4 |
90,3 |
|
70,3 |
|
91,2 |
89,5 |
|
78,6 |
|
94,2 |
86,5 |
|
80,4 |
|
95,0 |
86,1 |
|
88,4 |
|
97,1 |
83,5 |
7
8