Проект ректификационной установки с тарельчатой колонной непрерывного действия производительностью 6 кг/с для разделения исходной смеси

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

 

ГОУ ВПО «Омский государственный  технический университет»

 

 

Кафедра Химическая технология органических веществ

 

Направление 240100.62 Химическая технология и биотехнология

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

на тему: «Проект ректификационной установки с тарельчатой колонной

непрерывного действия производительностью 6 кг/с для разделения исходной смеси сероуглерод - четыреххлористый углерод».

по дисциплине: Процессы и аппараты химической технологии

 

Студент         Тесленко Екатерина Александровна       группы  ХТБ-429

(Ф.И.О.  полностью)

 

Пояснительная записка

Шифр проекта (работы) КП- 2068998- 49 -10

 

 

 

Руководитель проекта (работы)

                 Ломова О.С.                                (Ф.И.О.)

__________________________                (Подпись, дата)

Разработал студент

                Тесленко Е.А.                                     (Ф.И.О.)

 

                                                                    __________________________        

                                                                                         (Подпись, дата)

 

 

Омск  2010

 

ГОУ ВПО «Омский государственный  технический университет»

 

Кафедра Химическая технология органических веществ
Направление 240100.62 Химическая технология и биотехнология

 

Задание

на курсовое проектирование

по дисциплине Процессы и аппараты химической технологии

Студент         Тесленко Екатерина Александровна         группа ХТБ-429

                                                                        (Ф.И.О. полностью)

1. Тема проекта: Выполнить проект ректификационной установки с тарельчатой колонной непрерывного действия производительностью 6 кг/с для разделения исходной смеси сероуглерод - четыреххлористый углерод.

2.Срок сдачи студентом законченного проекта __________________ 

3. Исходные данные к проекту: Исходная смесь: сероуглерод - четыреххлористый углерод. Тип колонны: с решетчатыми (провальными) тарелками; производительность по исходной смеси F=6 кг/с; содержание легколетучего компонента, % (мол.): x_F=0,34 в исходной смеси, х_Р =0,93 в дистилляте, x_W=0,032 в кубовом остатке; t =30 - температура исходной смеси, поступающей на установку, ⁰С; Р=0,25 абсолютное давление насыщенного водяного пара, МПа; t_в.н. =24 - начальная температура охлаждающей воды, °С.

Давление в паровом пространстве дефлегматора 0,1 МПа.

4. Содержание проекта: Рассчитать ректификационную установку непрерывного действия для разделения бинарной смеси летучих компонентов. Исходная смесь перед подачей в колонну нагревается до температуры кипения: 1 - насыщенным водяным паром из ТЭЦ; 2 - в двух теплообменниках: в первом - дистиллятом, во втором - насыщенным водяным паром из ТЭЦ; 3 - конденсатом водяного пара, выходящим из кипятильника колонны (при необходимости догревается водяным паром из ТЭЦ); 4 - кубовым остатком (при необходимости догревается водяным паром из ТЭЦ). В установке предусмотреть (рассчитать и подобрать по каталогу) насос для подачи исходной смеси, необходимое теплообменное и другое оборудование.

4.1. Разделы пояснительной  записки: Расчет пластинчатого теплообменника. Расчет гидравлического сопротивления теплообменника. Поверочный расчет пластинчатого теплообменника. Расчет диаметров штуцеров. Расчет насосной установки.

 4.2. Перечень графического материала: Технологическая схема (1 лист).

Чертеж  ректификационной установки непрерывного действия (1 лист).

 5. Основная рекомендуемая литература: Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии: Учебник для техникумов.Л-1991.; Ю.И. Дытнерский. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию.,М.-1991.; А.Г. Касаткин. Основные процессы и аппараты химической технологии.,М.-1971.

 6. Дата выдачи задания               2012г

Зав. кафедрой ________________________________________________________________

(подпись, дата)

Руководитель ________________________________________________________________

 

 

 

 

 

 

Содержание

Задание

Введение

1.Описание технологической схемы……………………………………………6

2.Расчет основного аппарата…………………………………………………….7

2.1. Материальный баланс  колонны и определение рабочего флегмового числа……………………………………………………………………………..7

2.2 Определение молярных  концентраций исходной смеси,  дистиллята и кубового остатка…………………………………………………………………7

2.3 Построение равновесной  кривой и изобары температур  кипения

и конденсации ……………………………………………………………………8

2.4 Определение минимального  флегмового числа……………………………8

2.5 Определение рабочего  флегмового числа…………………………………. 9

2.6 Средние массовые  расходы………………………………………………...10

2.7. Расчет скорости  пара и диаметра колонны……………………………….11

2.8. Определение высоты светлого слоя жидкости на тарелке и паросодержания барботажного слоя…………………………………………..13

2.9. Расчет коэффициентов в массопередачи и  высоты колонны…………..14

3. Расчет гидравлического  сопротивления тарелок колонны……………...21

4. Расчет дополнительного оборудования…………………………………….23

4.1. Расчёт кожухотрубчатого конденсатора (дефлегматора)………………..23

4.2. Расчёт кожухотрубчатого испарителя…………………………………….24

4.3. Расчёт холодильника  кубовой жидкости………………………………….26

4.4. Расчёт холодильника дистиллята………………………………………….28

4.5. Расчёт кожухотрубчатого подогревателя…………………………………31

4.6. Расчёт ёмкости  для исходной смеси и продуктов разделения…………..32

4.7.Выбор трубопровода………………………………………………………..32

4.8. Расчёт и выбор  насоса……………………………………………………....35

5.Прочностной расчет…………………………………………………………...37

5.1.Выбор конструкционных материалов……………………………………...37

5.2.Расчет аппарата на ветровую нагрузку…………………………………….38

5.3. Расчёт опор аппарата…………………………………………………………39

6. Расчет проходного диаметра  штуцеров колонны и выбор фланцев………43

7. Тепловой баланс процесса ректификации…………………………………..45

Заключение……………………………………………………………………….46

Список литературы………………………………………………………………47

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Приложение 4

 

Введение

В нефтехимической промышленности, а также в технологии очистки  газообразных и жидких систем широко распространены и имеют важное значение процессы массопередачи, характеризуемые переходом одного и нескольких веществ из одной фазы в другую в гетерогенных и гомогенных системах.

В химической технологии применяются, в основном, следующие  процессы массопередачи: абсорбция, экстракция, адсорбция, сушка, кристаллизация, выпаривание, и ректификация рассмотренная в данном курсовом проекте.

В нефтепереработке процесс  ректификации распространен очень  широко. Он применяется не только при первичной переработке нефти, но и практически во всех вторичных процессах нефтепереработки для разделения продуктов реакции (термическом и каталитическом крекинге, коксовании, каталитическом риформинге, алкилировании, гидрокрекинге и др.). в химической промышленности получение окиси этилена, акрилонитрила, капролактама, алкилхлорсиланов. Ректификация широко используется и в других отраслях народного хозяйства: цветной металлургии, коксохимической, лесохимической, пищевой, химико-фармацевтической промышленностях. Ректификация – это диффузионный процесс разделения жидкостей, отличающихся по температурам кипения, путем противоточного многократного контактирования паров и жидкости в ректификационных колоннах. Контакт пара с жидкостью в колоннах осуществляется на специальных внутренних устройствах (тарелках или насадках). Назначение внутренних устройств состоит в повышении поверхности контакта между жидкостью, стекающей вниз по колонне, и паром, поднимающимся вверх.

В зависимости от температур кипения разделяемых жидкостей ректификацию проводят под различным давлением: атмосферным (т. кип. 30-150 °С), выше атмосферного (при разделении жидкостей с низкими т-рами кипения, напр. сжиженных газов), в вакууме (при разделении высококипящих жидкостей для снижения их температур кипения).

Ректификацию можно  осуществлять непрерывно или периодически. Для непрерывной ректификации применяют  колонны, состоящие из двух ступеней: верхней - укрепляющей (в ней пар укрепляется, т.е. обогащается ) и нижней - исчерпывающей (где происходит исчерпывание жидкой смеси, т. е. извлечение и обогащение жидкости). При периодической ректификации в колонне производится только укрепление пара. Различают ректификацию бинарных (двухкомпонентных) и многокомпонентных смесей.

         В процессе ректификации нефти (атмосферной перегонки) получают углеводородный газ, бензин (конец кипения 180 ^оС), керосин (фракция 180 – 240 ^оС), дизельное топливо (фракция 240–350 ^оС) и мазут. Из  дистиллятов вырабатывают светлые нефтепродукты (авиационные и автомобильные бензины, керосин, реактивное и дизельное  топливо, бензин-растворитель).

Для всех перечисленных  продуктов имеются стандарты, нормирующие  фракционный состав и ряд физических и эксплуатационных свойств. Остаток после отбора светлых дистиллятов называется мазутом, ректификация которого под вакуумом позволяет получать темные дистилляты – масла.

При ректификации сероуглерода - четыреххлористого углерода

основная задача - из 40%-го СС получить СР с концентрацией в нем ЭС не менее 96% при минимальным содержании посторонних примесей. Для этого процесс ректификации СС проводят за один раз на специальном ректификационном оборудовании. Это оборудование позволяет разделять исходную смесь на отдельные азеотропные фракции, отличающиеся температурами кипения. Одной из таких фракций является пищевой стирол-ректификат.

В данном курсовом проекте  будут рассмотрены и проведены  массообменные, тепловые, гидравлические расчеты для ректификации смеси  сероуглерод – четыреххлористый углерод производительностью 6 кг/ч, а также подбор вспомогательного оборудования (емкости, насосы, теплообменные аппараты).

 

Описание технологической  схемы

 

Разработанная ректификационная установка непрерывного действия для разделения исходной смеси сероуглерод - четыреххлористый углерод.

Исходная смесь поступает  со склада в емкость  «Е-1» откуда насосом «Н-1» подается в ректификационную  колону «КР-1» на 15 тарелку. Кубовый остаток из колонны «КР-1» делятся на 2 потока: первый идет на охлаждения водой в холодильнике «ХЛ-1» и далее в промежуточную емкость «Е-2»; второй идет для нагревания жидкости до температуры кипения (67-80 С), нагрев осуществляет  кипятильник «КП-1», горячим паром. Кипящая жидкость из кипятильника «КП-1» поддается в колону «КР-1». Где более летучий компонент в виде пара поднимается по колонне орошаясь жидкостью исходной смеси и флегмы, обогащенный пар через верхний штуцер выводиться из колонны «КР-1», и поддается в дефлегматор «ДФ-1». Где конденсируется водой до температуры парообразования летучего компонента, и разделяться на 2 потока пар - дистиллят и жидкость - флегма, жидкость идет, на орошения колоны «КР-1». Дистиллят из дефлегматора «ДФ-1» поддается на полное охлаждения водой в конденсатор «КН-1» и далее в промежуточную емкость «Е-3».

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

 

2.Расчет тарельчатой ректификационной колонны непрерывного действия

 

2.1. Материальный баланс колонны и определение рабочего флегмового числа

Производительность  колонны по дистилляту Р и кубовому остатку W определяем из уравнений материального баланса колонны:

  по всему продукту :

F = P + W ;

      по легколетучему компоненту:

    F

= P + W ;

Откуда находим:                 

;

где:W - расход кубовой жидкости, кг/с;

       F -производительность по исходной смеси, кг/с;

x_F- в исходной смеси, х_Р - в дистилляте, % (мол.)- содержание легколетучего компонента.

 кг/с.

 кг/с;

2.2 Определение молярных концентраций исходной смеси, дистиллята и кубового остатка

 Составы фаз из массовых в мольные доли по соотношению:

 

                                                ,                                        

где M_б    и М_т — молекулярные массы соответственно сероуглерода(СУ) и четырёххлористого углерода(ЧУ), кг/кмоль.

     Получим:

кмоль/кмоль смеси;

 кмоль/кмоль смеси;

 кмоль/кмоль смеси;

2.3 Построение равновесной кривой и изобары температур кипения

и конденсации (рис. 1).см в приложения

Данные по равновесию приведены в таблице [4]:

Таблица 1.

 

Х %	0.00	2.96	6.15	11.06	14.35	25.85	39.08	53.18	66.30	75.74	86.04	100
У %	0.00	8.23	15.55	26.6	33.25	49.50	63.40	74.70	82.60	87.80	93.20	100
T0  C	76.7	74.9	73.1	70.3	68.6	63.8	59.3	55.3	52.3	50.4	48.5	46.3