Расчет ректификационной установки

Автор: Пользователь скрыл имя, 25 Апреля 2012 в 14:47, курсовая работа

Описание работы

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

Содержание

Введение
Схема ректификационной установки
Материальный баланс
Определение скорости пара и диаметра колонны
Гидравлический расчет тарелок
Определение числа тарелок и высоты колонны
Тепловой расчет установки
Вывод
Список использованных источников

Работа содержит 1 файл

Курсовая 1.docx

— 171.31 Кб (Скачать)

Задание на проектирование 

     Рассчитать  ректификационную установку для  разделения смеси 50%(масс.) бензола и 50% (масс.) диэтилового эфира. Конечная концентрация эфира 94%(масс.), в кубовом  остатке содержится 98%(масс.) бензола. Расход исходной смеси 6т/час. Исходная смесь нагревается до температуры  кипения. Греющий пар имеет давление Ризб. = 2кгс/см2. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Содержание 

  1. Введение
  2. Схема ректификационной установки
  3. Материальный баланс
  4. Определение скорости пара и диаметра колонны
  5. Гидравлический расчет тарелок
  6. Определение числа тарелок и высоты колонны
  7. Тепловой расчет установки
  8. Вывод
  9. Список использованных источников
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  1. Введение
 

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

 Одна из  сложностей заключается в отсутствии  обобщенных закономерностей для  расчета кинетических коэффициентов  процесса ректификации. В наибольшей  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 (в приведенных  в данной главе примерах в  основном использованы эти рекомендации). 

     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 хF.

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. В результате массообмена с жидкостью  

пар обогащается  легколетучим компонентом. Для более  полного обогащения

верхнюю часть  колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом жидкостью (флегмой) состава хР , 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.

  

      Рис. 1 Принципиальная 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- ёмкость для сбора дистиллята;  10- холодильник кубовой жидкости;  11- ёмкость для  кубовой жидкости 

    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).

Расчет ректификационной колонны сводится к определению  ее основных геометрических размеров - диаметра и высоты. Оба параметра  в значительной мере определяются гидродинамическим  режимом работы колонны, который, в  свою очередь, зависит от скоростей и физических свойств фаз, а также от типа насадки.

Расчет  тарельчатой ректификационной колонны непрерывного действия

      Большое разнообразие тарельчатых контактных устройств затрудняет выбор оптимальной  конструкции тарелки. При этом наряду с общими требованиями (высокая интенсивность  единицы объема аппарата, его стоимость  и др.) ряд требований может определяться спецификой производства: большим интервалом устойчивой работы при изменении  нагрузок по фазам, способностью тарелок  работать в среде загрязненных жидкостей, возможностью защиты от коррозии и  т.п. Зачастую эти качества становятся превалирующими, определяющими пригодность той или иной конструкции для использования в каждом конкретном процессе.

      Размеры тарельчатой колонный (диаметр и  высота) обусловлены нагрузками по пару и жидкости, типом контактного устройства (тарелки), физическими свойствами взаимодействующих фаз.

      Ректификацию  жидкостей, не содержащих взвешенных частиц и не инкрустирующих, при атмосферном давлении в аппаратах большой производительности часто осуществляют на ситчатых переточных тарелках.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  1. Материальный  баланс.

    Обозначим массовый расход дистиллята через GD кг/ч, кубового остатка

через GW кг/ч.

     Из  уравнений материального баланса (7.4) и (7.5)

     GF = GD + GW;

     GFxF = GDxD + GWxW:

  GD + GW  = 6000;

GD ∙ 0,94 + GW ∙ 0,02 = 6000 ∙ 0,5

Находим GD = 3130,43 кг/ч, GW = 2869,57 кг/ч.

      Для дальнейших расчетов выразим концентрации питания, дистиллята и кубового остатка  в мольных долях( в соответствии с табл. 6.2).

Питание:

     xF =/Mд/[ F/Mд + 100 -  F/Mб] = 50/74/[50/74 + 50/78] = 0,513
Дистиллят:

    xD =D/Mд/[ D/Mд + 100 -  D/Mб] = 94/74/[94/74 +6/78] = 0,943.

Кубовый остаток:

     xW =W/Mд/[ W/Mд + 100 -  W/Mб] = 2/74/[2/74 + 98/78] = 0,021.

Относительный мольный расход питания:

      F = xD – xW/xF – xW = 0,943 – 0,021/ 0,513 – 0,021 = 1,874. 

      Строим  кривую равновесия (рис.2):

                                                                           табл. 1

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

           Определяем минимальное число  флегмы по уравнению (7.10)

           Rмин = xD – yF*/ yF*– xF = 0,943 – 0,82/ 0,82 – 0,513 = 0,4,

где yF* = 0,4 – мольную долю диэтилового эфира в паре, равновесном с жидкостью питания, определяем по диаграмме y* – х.

            Рабочее число флегмы по уравнению (7.12):

            R = 1,3Rмин + 0,3 = 1,3 ·0,4 + 0,3 = 0,82.

            Уравнение рабочих линий:

            а) верхней (укрепляющей) части  колонны

            y = x + xD/R+1 = х + 0,943/1,82

      y = 0,45x + 0,518;

            б) нижней (исчерпывающей) части колонны

            y = R + F/(R +1)x – F – 1/(R + 1)xW = x – ·0,021. [1]

      y = 1,48x – 0,01. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  1. Определение скорости пара и диаметра колонны.

      Средние концентрации жидкости:

      а) в верхней  части колонны

      x’CP = (xF + xD)/2 = (0,513 + 0,943)/2 = 0,728;

               б) в нижней части колонны

               x”CP = (xF + xW)/2 = (0,513 + 0,021)/2 = 0,267

                Средние концентрации пара находим по уравнениям рабочих линий:

                а) в верхней части колонны

                y’CP = 0,45 x’CP + 0,518 = 0,45·0,728 + 0,518 = 0,846;

      б) в нижней части колонны

      y”CP = 1,48 x”CP – 0,01 = 1,48·0,267 – 0,01 = 0,385. 

      Строим диаграмму  t – x,y по данным табл.1 
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       

      Средние температуры  пара определяем по диаграмме t – x,y (рис.3):

      а) при  y’CP = 0,846   t’CP = 470C

      б) при  y”CP = 0,385  t’’CP = 68,50C.

      Средние мольные  массы и плотности пара:

      а) M’CP = 0,846·74 + 0,154·78 = 74,62кг/моль;

      ρ’CP = M’CPTo/22,4T’CP = 74,62·273/22,4·320 = 2,84кг/м3;

      б) M’’CP = 0,385·74 + 0,615·78 = 76,46кг/моль;

      ρ’’CP = M’’CPTo/22,4T’’CP = 76,46·273/22,4·341,5 = 2,73 кг/м3;

      Средняя плотность  пара в колонне:

      ρП = (ρ’CP + ρ’’CP)/2 = (2,84 + 2,73)/2 = 2,785кг/м3.

      Температура вверху колонны при xD = 0,943 равняется 36,50С, а в

кубе – испарителе при xW = 0,021 она равна 770С (рис. 3).

                Плотность жидкого диэтилового эфира при 36,50С ρд. = 690кг/м3, а жидкого бензола при 770С ρб. = 820кг/м3[5]

                Принимаем среднюю плотность жидкости в колонне 

Информация о работе Расчет ректификационной установки