РОССИЙСКИЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

им. Д. И. Менделеева

Кафедра процессов и аппаратов химической технологии

Пояснительная записка

к курсовому проекту по процессам и аппаратам химической технологии

на тему: «Установка для непрерывной ректификации смеси циклогексан - толуол».

Проектировала:

Сатеренко М. В.

гр. О -41

Руководитель:

Сальникова Л.С.

Москва 2003 г.

Оглавление.

Стр

I. Введение. 1

II. Технологическая схема процесса

ректификации 4

III. Выбор конструкционного материала. 4

IV. Физико-химические свойства

индивидуальных веществ. 4

4.1. Расчет смесей 6

4.2. Расчет коэффициентов диффузии

в паровой и жидкой фазах 6

5. Технологический расчет ректификационной установки

непрерывного действия. 8

1. Материальный баланс колонны и рабочее флегмовое число 8

5.2 Тепловой баланс ректификационной установки. 9

5.3 Определение диаметра ректификационных насадочных колонн 10

5.4 Определение высоты ректификационной колонны. 10

5.5 Гидравлическое сопротивление колонны. 13

6. Расчет и подбор вспомогательного оборудования. 13

1. Подбор теплообменников. 13

1. Подогреватель. 13

2. Испаритель. 15

3. Дефлегматор. 16

4. Холодильник кубового остатка. 17

5. Холодильник дистиллята ……………………………………………………….19

2. Расчет тепловой изоляции. 20

3. Выбор труб для различных участков трубопровода. 21

4. Подбор насосов. 23

5. Определение количества емкостей. 24

6. Расчет толщины днища…………………………………………………………….25

VII. Заключение. 25

8. Список использованной литературы. 26

9. Приложение.

Основные условные обозначения.

D - коэффициент диффузии, м2/с;

d - диаметр, м;

F - расход исходной смеси. кг/с;

G - расход паровой фазы. кг/с;

g - ускорение свободного падения, м2/с;

H, h - высота, м;

K - коэффициент массопередачи;

L - расход жидкой фазы, кг/с;

M- мольная масса, кг/кмоль;

N - число теоретических ступеней разделения;

n - число единиц переноса;

P - расход дистиллята, кг/с;

R - флегмовое число;

T, t - температура;

U - плотность орошения, м3/м2*с;

W - расход кубовой жидкости, кг/с;

v - скорость пара, м/c;

x - концентрация жидкой фазы;

y - концентрация паровой фазы;

 - коэффициент массоотдачи;

 - свободный объем, м3/м3;

 - вязкость, Па*с;

 - плотность, кг/м3;

 - поверхностное натяжение, Н/м;

Re - критерий Рейнольдса;

Fr - критерий Фруда;

Гс - критерий гидравлического сопротивления;

Nu’ - диффузионный критерий Нуссельта;

Pr’ - диффузионный критерий Прандтля;

Индексы:

вк- параметры воды;

нк- параметры ацетона;

в - укрепляющая (верхняя) часть колонны;

н - исчерпывающая (нижняя) часть колоны;

f - параметры исходной смеси;

p - параметры дистиллята;

w - параметры кубовой жидкости;

x - жидкая фаза;

y - паровая фаза;

ср - средняя величина;

э - эквивалентный размер.

1.Введение.

Ректификация – массообменный процесс, который осуществляется в большинстве случаев в противоточных колонных аппаратах с контактными элементами (насадки, тарелки),аналогичными используемым в процессе адсорбции. Поэтому методы подхода к расчету и проектированию ректификационных и адсорбционных установок имеют много общего. Тем не менее ряд особенностей процесса ректификации (различное соотношение нагрузок по жидкости и пару в нижней и верхней частях колонны, переменные по высоте колонны физические свойства фаз и коэффициент разделения, совместное протекание процессов массо- и теплопереноса) осложняет его расчет.

Одна из сложностей заключается в отсутствии обобщенных закономерностей для расчета кинетических коэффициентов процесса ректификации. В наибольшее степени это относится к колоннам диаметром более 800 мм. с насадками и тарелками, широко применяемым в химических производствах. Большинство рекомендаций сводится к использованию для расчета ректификационных колонн кинетических зависимостей, полученных при исследовании абсорбционных процессов.

Рис.1. ПРИЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА РЕКТИФИКАЦИОННОЙ УСТАНОВКИ:

1. емкость для исходной смеси;

2,9- насосы;

3. теплообменник подогреватель;

4. кипятильник;

5. ректификационная колонна;

6. дефлегматор;

7. холодильник дистиллята;

8. емкость для сбора дистиллята;

9. холодильник кубовой жидкости;

10. емкость для кубовой жидкости.

Принципиальная схема ректификационной установки представлена на рис.1. исходную смесь из промежуточной емкости 1 центробежным насосом 2 подают в теплообменник 3, где она подогревается до температуры кипения. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну 5 на тарелку питания, где состав жидкости равен составу исходной смеси Х_f.

Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующемся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике 4. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка Х_w, т. е. обеднен легколетучим компонентом. Для более полного обогащения верхнюю часть колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом жидкостью (флегмой) состава Х_р, получаемой в дефлегматоре 6 путем конденсации пара, выходящего из колонны. Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения- дистиллята, который охлаждается в теплообменнике 7 и направляется в промежуточную емкость 8.

Из кубовой части колонны насосом 9 непрерывно выводится кубовая жидкость- продукт, обогащенный труднолетучим компонентом, который охлаждается в теплообменнике 10 и направляется в емкость 11.

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

Основные конструктивные размеры и параметры технологического оборудования.

Контактное устройство Таблица 1

№№ пп	Параметры	Значения
1	Диаметр колонны D, мм	1800
2	Тип тарелки	колпачковая
3	Fс , м2	10,7
4	Длина линии барботажа, м	55
5	Периметр слива,м	1,455
6	Свободное сечение тарелки, м2	0,385
7	Масса тарелки(не более), кг	179,3

Конструктивные размеры и параметры теплообменников. Таблица 2.

Тип тепло-обменника	D Кожуха, мм	d труб, мм	Число ходов	Общее число труб, шт	Длина труб, М	F, м2
Подогреватель	400	25	2	100	2	24,86
Испаритель	1400	25	1	1504	4	486
Дефлегматор	600	25	2	840	4	75
Холодильник кубового остатка	400	25	2	100	4	47

Холодильник дистиллята – неразборный теплообменник типа «труба в трубе»:

• внутренняя труба d=38х3,5 мм

• наружная d=76х4 мм

• длина труб L= 7 м

• число ходов N=6

• поверхность теплообмена одного хода F=14 м²

• общая поверхность теплообмена F=14*6=84 м²

Насосы Таблица 3.

№№ пп	Марка	Q,103 м3/c	H м ст жидкости	n, c-1	н	Электродвигатель
						Тип	Nн, кВт	дв
1	Х20/31	5,5 *10-3	25	48,3	0,55	АО2-41-2	5,5	0,87
2	Х20/31	5,5 *10-3	25	48,3	0,55	АО2-41-2	5,5	0,87
3	Х20/31	5,5 *10-3	25	48,3	0,55	АО2-41-2	5,5	0,87