Насадочная ректификационная колонна для разделения бинарной смеси диоксан – толуола - Курсовая работа

Ректификация - процесс разделения гомогенных смесей летучих жидкостей путем двустороннего массообмена и теплообмена между неравновесными жидкой и паровой фазами, имеющими различную температуру и движущимися противоположно друг другу. При каждом контакте из жидкости испаряется преимущественно низкокипящий компонент, которым обогащаются пары, а из паровой конденсируется преимущественно высококипящий компонент переходящий в жидкость. Эти пары выходящие из верхней части колоны после их конденсации в отдельном аппарате дают дистиллят (верхний продукт) и флегму - жидкость, возвращающую для орошения колоны и взаимодействия с поднимающимися в колоне парами.Нагрев исходную смесь состава x1 до температуры кипения получим находящийся в равновесии с жидкостью пар (точка b). Отбор и конденсация этого пара дают жидкость состава х2 обогащенную НК (х2>х1).Нагрев эту жидкость до температуры кипения t2, получим пар (точка d), конденсация которого дает жидкость с еще большим содержанием НК, имеющую состав x3, и т. д. Проводя таким образом последовательно ряд процессов испарения жидкости и конденсации паров, можно получить в итоге жидкость (дистиллят), представляющую собой практически чистый НК. Аналогично, исходя из паровой фазы, соответствующей составу жидкости x4, путем проведения ряда последовательных процессов конденсации и испарения можно получить жидкость (остаток), состоящую почти целиком из ВК. На вторую ступень поступает на испарение жидкость, оставшаяся после отделения паров в первой ступени, в третьей ступени испаряется жидкость, поступившая из второй ступени (после отбора из последней паров) и т. д.2 Принципиальная схема ректификационной установки: 1 - теплообменник-подогреватель; 2,6 - насосы; 3 - емкость для исходной смеси; 4 - кипятильник; 5 - ректификационная колона; 7 - дефлегматор; 8 - холодильник дистиллята; 9 - холодильник кубовой жидкости; 10 - емкость для кубовой жидкости; 11 - емкость для сбора дистиллята Исходную смесь из промежуточной емкости 1 центробежным насосом 2 подают в теплообменник 3, где она подогревается до температуры кипения. Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике 4.Необходимо рассчитать насадочную ректификационную колонну для разделения бинарной смеси диоксан - толуол. Давление в колонне составляет 600 мм рт. ст., смесь поступает при температуре кипения. 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 и размеров насадок. При проведении процессов вакуумной ректификации с целью снижения гидравлического сопротивления выбирают специальные виды насадок, обладающих большим свободным объемом. Наиболее правильно выбор оптимального типа и размера насадки может быть осуществлен на основе технико-экономического анализа общих затрат на разделение в конкретном технологическом процессе.Для расчетов выразим концентрации питания, дистиллята и кубового остатка в массовых долях , X. Определяем минимальное число флегмы по уравнению: RMIN = (XD-Y*F)/(Y*F-XF); (3.4) где Y*F = 0,54-мольная доля диоксана в паре (из приложения Д). Графическим построением ступеней изменения концентраций между равновесной и рабочей линиям на диаграмме состав ПАРАУ - состав жидкости X находим N [1]. б) нижней (исчерпывающей) части колонны: y = (R F)/(R 1)•x - (F-1)/(R 1)• XW, где F - относительный мольный расход питания. Средние массовые расходы (нагрузки) по жидкости для верхней и нижней частей колонны определяют из соотношений: LB = GDRMB /MD; (3.6)Высота ректификационной колонны насадочного типа находится из уравнения: Нк=Ят (т-1)рр Яв Ян Нк Нд (3.15) где Z=5 м - высота насадки в одной секции; n - число секций; hp=1,215 - высота промежутков между секциями насадки, в которых устанавливают распределители жидкости, м: Zв= 1,2 м и Zн = 2 м - соответственно высота сепарационного пространства над насадкой и расстояние между днищем колонны и насадкой, Нк - высота крышки, Нд - высота днища. n=(Нв Нн)/Z, (3.16) Нн =hэ н•nt н Нв= hэ в•nt в (3.17) где Нв и Нн - высота слоя насадки в верхней и нижней частях колонны; hэ в и hэ н - эквивалентная высота насадки [8]. Вязкость паров для верхней и нижней частей колонны: ?y в = M’в/(ув МД / ?у Д (1 - ув) МТ / ?у Т); Для определения m - тангенса угла наклона равновесной линии для верхней и нижней частей колонны добавим линию тренда: Рис.Гидравлическое сопротивление насадки ?Р находят по уравнению Гидравлическое сопротивление сухой неорошаемой насадки ?РС рассчитывают по уравнению [1]: , (3.24) где ?-коэффициент сопротивления сухой насадки, зависящий от режима движения газа в насадке. Для турбулентного режима коэффициент сопротивления сухой насадки в виде беспорядочно засыпанных колец Рашига находят по уравнению ?= 16/ 2.Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре-конденсаторе, находим по уравнению: Qд=GD • (1 R) • RD, (3.28) где RD-удельная теплота конден

Содержание

Введение

1. Физико - химические основы

2. Технологическая схема ректификационной установки

3. Расчетная часть

3.1 Задание и исходные данные

3.2 Материальный баланс и рабочее флегмовое число

3.3 Скорость пара и диаметр колонны

3.4 Высота слоя насадки и колонны

3.5 Гидравлическое сопротивление насадки

3.6 Тепловой расчет установки.

4. Механический расчет установки

4.1 Расчет толщины обечаек

4.2 Расчет толщина крышки и днища

4.3 Расчет изоляции колонны

4.4 Расчет штуцеров.

4.4.1 Штуцер для ввода исходной смеси.

4.4.2 Штуцер для ввода флегмы

4.4.3 Штуцер для отвода кубового остатка

4.4.4 Штуцер для вывода паров дистиллята

4.4.5 Штуцер для ввода паров кубовой смеси

4.5 Емкости

4.6 Насосы

Заключение

Список использованной литературы

Приложения