Курсовая работа: Полный расчет ректификационной колонны
Курсовая работа: Полный расчет ректификационной колонны
Задание
на проектирование
Перечень инженерных расчетов: расчет ректификационной колонны; подробный тепловой расчет дефлегматора;
ориентировочный расчет теплообменников.
Перечень работ выполняемых на ЭВМ: расчет дефлегматора.
Состав и объем графической части: технологическая схема;
общий вид дефлегматора.
Основные данные: расход исходной смеси 6.5 кг/с; концентрации
(мольные доли) ,
; продукты разделения
охладить до 25ْС.
Введение
Для получения продуктов сложного состава, разделения
изотопов, выделения индивидуальных веществ широкое применение в промышленности
получила ректификация. Этот процесс основан на различной летучести составляющих
смесь компонентов, т.е. на различных температурах кипения компонентов при
одинаковом давлении. Ректификация заключается в многократном частичном
испарении жидкости и конденсации паров. Процесс осуществляется путем контакта
потоков пара и жидкости, имеющих различную температуру, и проводится обычно в
колонных аппаратах, состоящих из собственно колонны,
где осуществляется противоточное контактирование пара и жидкости, и устройств,
в которых происходит испарение жидкости и конденсация пара — куба и
дефлегматора.
По конструкции ректификационные колонны подразделяются на
насадочные, тарельчатые и роторные. Основным типом колонных аппаратов большой
производительности считаются ректификационные колонны с барботажными тарелками,
а при необходимости самого малого перепада давления на одну теоретическую
ступень разделения или при работе в коррозионной среде – колонны с насадкой.
По способу проведения ректификацию разделяют на периодическую
и непрерывную.
При непрерывной - разделяемая смесь непрерывно подается в
среднюю часть колонны, дистиллят отбирается из дефлегматора, а обедненный
легколетучим компонентом остаток отводится из куба колонны, флегма поступает на
орошение в верхнюю часть колонны.
При периодической ректификации в нижнюю часть (куб) колонны,
снабженной нагревательным устройством, загружают исходную смесь; образующийся
пар поднимается верх и конденсируется в дефлегматоре (холодильнике), часть
конденсата (флегмы) возвращается на орошение в верхнюю часть колонны, а
оставшаяся жидкость отбирается.
Насадочные колонны получили широкое распространение в
химической промышленности благодаря простоте их устройства, дешевизне
изготовления и малому гидравлическому сопротивлению при пленочном режиме
работы. В насадочных массообменных аппаратах жидкость тонкой пленкой покрывает
насадку и стекает по ней, при этом поверхность контакта с газообразной фазой
определяется поверхностью насадки, свойствами жидкости и гидродинамическим
режимом.
Недостатком работы насадочной колонны является
неравномерность распределения пара и жидкости по поперечному сечению, что
приводит к - неодинаковой эффективности различных ее частей и низкой
эффективности работы всей колонны в целом. Значительное увеличение
эффективности аппарата достигается применением насадки, частично погруженной в
жидкость: газ при этом в виде пузырьков барботируется через слой жидкости.
В отдельных случаях применяют подвижные насадки, которые
приводят в колебательное движение восходящим потоком газа, при этом допускаются
высокие скорости движения фаз, а поверхность межфазного контакта превышает
поверхность насадочных элементов. Эффективность тепло- и массообмена в
значительной мере зависит от равномерности распределения жидкости в объеме
насадки. Эта задача решается применением специальных оросителей, распределяющих
жидкость по верхнему сечению насадки, и использованием материалов
(металлических сеток, армированной стеклоткани), обеспечивающих растекание
жидкости по поверхности насадки под действием капиллярных сил.
Насадки загружают в аппараты навалом на опорные решетки (нерегулярные
насадки), укладывают в определенном порядке или монтируют в жесткую структуру (регулярные
насадки). Изготавливают насадки из дерева, металла, стекла, керамики,
пластмасс. Элементы нерегулярных насадок выполняют в виде колец, спиралей,
роликов, шаров, седел и т.д. Наиболее распространены кольца Рашига, размеры
которых обычно составляют 50 мм. Для повышения смачиваемости насадки и
пропускной способности аппарата стенки колец иногда снабжают продольными или
поперечными канавками или прорезями.
Для отвода жидкости из насадочной колонны применяют две
схемы: в первой схеме (обычные насадочные колонны) жидкость стекает по насадке
и отводится из нижней части колонны; во второй схеме (эмульгационные колонны)
жидкость отводится через переливную трубу.
В данном курсовом проекте производится расчет обычной
ректификационной насадочной колонны для разделения бинарной смеси – «ацетон –
четыреххлористый углерод» при атмосферном давлении, с насыпной насадкой из
стальных колец Рашига.
1. Описание технологической схемы
Исходная смесь подаётся в теплообменник
центробежным насосом из ёмкости, где она подогревается до температуры кипения.
Затем нагретая смесь поступает на разделение в середину ректификационной
колонны на тарелку питания, где состав жидкости равен составу исходной смеси.
Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует
с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в
кипятильнике. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка,
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), получаемой в дефлегматоре путём конденсации пара, выходящего из
колонны. Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта
разделения - дистиллята, который охлаждается в теплообменнике и направляется в
промежуточную ёмкость.
Из кубовой части колонны насосом непрерывно
выводится кубовая жидкость - продукт, обогащённый труднолетучим компонентом,
который охлаждается в теплообменнике и направляется в ёмкость.
Таким образом, в ректификационной колонне
осуществляется непрерывный процесс разделения исходной бинарной смеси на
дистиллят (с высоким содержанием легколетучего компонента) и кубовый остаток
(обогащённый труднолетучим компонентом).
2. Инженерные
расчеты
2.1 Технологические расчеты
Для технологических расчетов
установки необходимо знать свойства веществ при определённых температурах.
Основными диаграммами для определения этих свойств являются диаграммы: состав
пара – состав жидкости, и зависимость температуры кипения от состава. В
приложение 1 приведены диаграммы указанных свойств бинарной системы ацетон- четыреххлористый
углерод.
2.1.1 Равновесные данные
x - мольная доля легколетучего компонента в жидкой фазе;
y - мольная доля легколетучего компонента в паровой фазе;
t – температура,ْС.
x |
y |
t |
0 |
0 |
76.74 |
5.9 |
20.25 |
70.80 |
8.7 |
27.10 |
68.74 |
17.9 |
40.75 |
64.45 |
26.4 |
48.95 |
61.91 |
37.4 |
56.55 |
59.83 |
45.1 |
61.25 |
58.74 |
52.55 |
65.50 |
57.94 |
61.65 |
70.65 |
57.18 |
69.60 |
75.60 |
56.67 |
76.20 |
79.85 |
56.36 |
82.95 |
84.60 |
56.15 |
89.50 |
89.80 |
56.01 |
91.40 |
91.50 |
56.02 |
95.30 |
95.20 |
55.99 |
100.00 |
100.00 |
56.08 |
2.1.2 Материальный баланс
Зная производительность колонны по дистилляту
и необходимые концентрации, определим недостающие данные, т. е. производительность
по кубовому остатку и питание исходной смеси (GW и GD), на основании уравнений
материального баланса.
где - массовая доля
легколетучего компонента в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке
соответственно.
массовый расход исходной смеси,
дистилляте и
кубовом остатке
соответственно.
где MF -молекулярная масса:
кг/кмоль
кг/кмоль
кг/кмоль,
где M1 – молекулярная масса легколетучего компонента; M2 – молекулярная масса второго компонента;
xF, xD, xW- мольная доля легколетучего
компонента в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке соответственно.
Где 1-ацетон, 2-четыреххлористый
углерод.
кмоль/с
Находим массовую долю по
формуле:
Решив систему
материального баланса, получим:
кг/с
кг/с
кмоль/с
кмоль/с
Нагрузка ректификационной
колонны по пару и жидкости определяется рабочим флегмовым числом. Для его
расчета используют приближенные вычисления по формуле:
где Rmin – минимальное флегмовое число.
При этом:
Страницы: 1, 2, 3, 4
|