Технологическая схема ректификационной установки и ее описание. Выбор конструкционного материала аппарата. Материальный баланс. Определение рабочего флегмового числа. Средние массовые расходы по жидкости и пару. Гидравлический и конструктивный расчет.
Аннотация к работе
Ректификация - массообменный процесс, который осуществляется в большинстве случаев в противоточных колонных аппаратах с контактными элементами (насадки, тарелки), аналогичными используемым в процессе абсорбции. Поэтому методы подхода к расчету и проектированию ректификационных и абсорбционных 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 распределения, совместное протекание процессов массо-и теплопереноса) осложняет его расчет. В наибольшей степени это относится к колоннам диаметром более 800 мм с насадками и тарелками, широко применяемым в химических производствах.Исходную смесь из емкости 1 центробежным насосом подают в теплообменник 2, где она подогревается до температуры кипения. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну 3, где состав жидкости равен составу исходной смеси XF. Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике 4. Для более полного обогащения верхнюю часть колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом жидкостью (флегмой) состава ХР, получаемой в дефлегматоре 5 путем конденсации пара, выходящего из колонны.Важно учитывать все виды возможного коррозийного разрушения материалов в агрессивной среде при ее заданных рабочих параметрах. В расчетах аппаратуры на прочность потеря по толщине материала на коррозию учитывается соответствующей прибавкой С, определяемой амортизационным сроком службы аппарата и проницаемость по формуле: С=ПМ·та, где ПМ ? 0,1 мм/ год та - амортизационный срок, примем та=20 лет. Для корпуса аппарата выбираем по рекомендациям [1] листовую сталь марки 12Х18Н10Т по ГОСТ 10885-75, для которой технические требования по ГОСТ 10885-75; рабочие условия: TR =-30 т-200°С; р, МПА - не ограничено. При заданных рабочих параметрах скорость коррозии составляет менее 0,1 мм/год. технологические свойства используемого материала: свариваемость, пластичность и другие. влияние конструкционного материала на качество исходной смеси и продуктов разделения технико-экономические соображения: нержавеющая сталь широко применяется в химическом машиностроении и других отраслях промышленности Назначаем материал крепежных деталей: не контактирующих с агрессивной средой - сталь 35 по ГОСТ 1050-74; для деталей, контактирующих с агрессивной средой - сталь 08X13 по ГОСТ 5632-72.Производительность колонны по дистилляту P и кубовому остатку W определяем из уравнения материального баланса колонны. Отсюда находим производительность колонны по дистилляту D и кубовому остатку W: F=18 т/ч=5 кг/с Нагрузки ректификационной колонны по пару и жидкости определяются значением рабочего флегмового числа R. Ввиду отсутствия надежной методики оценки Rопт используют приближенные вычисления, основанные на определении коэффициента избытка флегмы (орошения) ?, равного отношению R/Rmin, где Rmin - минимальное флегмовое число. YF*-концентрация легколетучего компонента в паре, находящегося в равновесии с исходной смесью, кмоль/кмоль смеси.Средний мольный состав жидкости в верхней и нижней частях колонны кмоль/кмоль смеси; Средние мольный массы жидкости в верхней и нижней частях колонны кг/кмоль; Средние массовые расходы по жидкости для верхней и нижней частей колонныПостроим диаграмму зависимости концентраций в паровой и жидкой фазе от температуры : Рис. 5 Диаграмма зависимости концентраций в паровой и жидкой фазе от температуры 8 температура в средней части колонны равна TF=81,2?C, в верхней части температура TD=65,8?C и в нижней части температура TW=98,5?C. Тогда средние температуры равны: Средние плотности жидкой и паровой фазы Принимаем среднюю плотность жидкости в колонне: Плотность паровой фазы в верхней и нижней части колонныВыберем ситчатую однопоточную тарелку типа ТС-Р по ОСТ 26-808-73 для колонны диаметром d=1800мм с конструктивными размерами [6] Свободное сечение колоны Fc м2 2,54 Рабочее сечение тарелки St м2 2,294 Относительное свободное сечение тарелки % 18,8Общее гидравлическое сопротивление тарелки определяется по формуле: где: DPCYX - сопротивление сухой тарелки, Па;где: x - коэффициент сопротивления, для ситчатой тарелки принимаем равным 1,85 ry - средняя плотность пара в верхней части колонны; Гидравлическое сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения: Па; Гидравлическое сопротивление парожидкостного слоя на тарелке: ; Vx - Объемный расход жидкости в верхней части колонны, k =?пж/?х - отношение плотности парожидкостного слоя (пены) к плотности жидкости, принимаемое приближено равным 0,5; П - периметр сливной перегородки. м3/с;где: x - коэффициент сопротивления, для ситчатой тарелки принимаем равным 1.85 ry - средняя плотность пара в нижней части колонны; Гидравлическое сопротивление обусловленное силами поверхностного натяжения: Па; Vx - Объемный расход жидкости, k =?пж/?х - отношение плот
План
Оглавление
Введение
1. Технологическая схема и ее описание
2. Выбор конструкционного материала аппарата
3. Задание на расчет ректификационной установки
4. Технологический расчет аппарата
4.1 Материальный баланс
4.2 Определение рабочего флегмового числа
4.3 Средние массовые расходы по жидкости и пару
4.4 Диаметр колонны и скорость пара
4.5 Выбор тарелки и определение скорости пара в рабочем сечении
5. Гидравлический расчет
5.1 Гидравлический расчет тарелок в верхней части колонны
5.2 Гидравлический расчет тарелок в нижней части колонны
5.3 Минимальное расстояние между тарелками
5.4 Высота колонны
5.5 Определение гидравлического сопротивления колонны
6. Конструктивный расчет
7. Механический расчет
8. Тепловой расчет
Список литературы
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 подхода к расчету и проектированию ректификационных и абсорбционных 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 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.
Процессы перегонки и ректификации основаны на различной летучести компонентов смеси при одной и той же температуре. Компонент смеси, обладающий большей летучестью, называется легколетучим, а компонент, обладающий меньшей летучестью, труднолетучим. Соответственно легколетучий компонент кипит при более низкой температуре, чем труднолетучий. Поэтому их называют также низкокипящим и высококипящим компонентами.
В результате перегонки или ректификации исходная смесь разделяется на дистиллят, обогащенный легколетучим компонентом и кубовый остаток, обогащенный труднолетучим компонентом. Дистиллят получают в результате конденсации паров в конденсаторе-дефлегматоре. Кубовый остаток получают в кубе установки.
Задачей данного проекта является создание оптимальной конструкции аппарата и проведение расчетов, обеспечивающих работоспособность данного аппарата.