Инженерный расчет и подбор ректификационной установки для разделения бинарной смеси "метанол-вода" с тарельчатой ректификационной колонной. Расчет и подбор кожухотрубчатого теплообменника для подогрева смеси и насоса, осуществляющего подачу раствора.
Аннотация к работе
В качестве аппаратов служащих для проведения ректификации используются ректификационные колонны, состоящие из собственно колонны, где осуществляется противоточное контактирование пара и жидкости, и устройств, в которых происходит испарение жидкости и конденсация пара - куба и дефлегматора. Колонна представляет собой вертикально стоящий полый цилиндр, внутри которого установлены так называемые тарелки (контактные устройства различной конструкции) или помещен фигурный кусковой материал - насадка. Как в насадочных, так и в тарельчатых колоннах кинетическая энергия пара используется для преодоления гидравлического сопротивления контактных устройств и для создания динамической дисперсной системы пар-жидкость с большой межфазной поверхностью. В первом случае разделяемая смесь непрерывно подается в ректификационную колонну, а из колонны непрерывно отводятся две или более число фракций, обогащенных одними компонентами и обедненных другими. Исходная смесь (обычно при температуре кипения) подается в колонну, где смешивается с так называемой извлеченной жидкостью, стекающей по контактным устройствам (тарелкам или насадке) исчерпывающей секции противотоком к поднимающемуся потоку пара.Взаимодействие жидкости и пара осуществляется в колоннах путем барботирования пара через слой жидкости на тарелках или же путем поверхностного контакта пара и жидкости на насадке или на поверхности жидкости, стекающей тонкой пленкой. Благодаря этому на тарелке создается гидравлический затвор, и пар, выходящий из колпачка, должен проходить через слой жидкости, находящийся на тарелке. Приток и отвод жидкости, а также высоту жидкости на тарелке регулируют при помощи переливных трубок 4, которые расположены на диаметрально противоположных концах тарелки; поэтому жидкость течет на соседних тарелках во взаимно противоположных направлениях. Выходящие через прорези колпачков пузырьки пара сливаются в струйки, которые проходят через слой жидкости, находящейся на тарелке, и над жидкостью образуется слой пены и брызг, - основная область массообмена и теплообмена между паром и жидкостью на тарелке. Основная зона фазового контакта находится в области пены и брызг над жидкостью, которые образуются вследствие распыления пара в жидкости и уноса брызг при трении пара о жидкость.Исходная смесь, с содержанием низкокипящего компонента xf в количестве F поступает на питающую тарелку с температурой tf. На питающей тарелке происходит процесс однократного испарения (ОИ), в результате которого образуется паровая фаза, обогащенная НК и жидкая фаза, обогащенная ВК. Жидкая фаза стекает с питающей тарелки вниз и поступает в куб колонны, где происходит интенсивное испарение. На всем пути происходит тепломассообмен между паром и жидкостью, т.к. поступающий на каждую тарелку пар имеет температуру выше, чем жидкость, поступающая на эту тарелку сверху. Выходящий пар дистиллята из колонны подвергается процессу дефлегмации с дальнейшим разделением потока на продукт (Р) с содержанием НК Хр и жидкую фазу, флегму в количестве (Ф) с содержанием НК Хф.Исходные данные: Смесь: метанол - вода Производительность колонны по дистилляту GD и кубовому остатку GW определим из уравнений материального баланса колонны:[1,стр.319] Для дальнейших расчетов пересчитаем составы фаз из массовых в мольные доли по соотношению: Питание: (3) получим По данным [1,стр.543] для смеси метиловый спирт-вода при Пабс=700 мм. рт. ст. строим кривую равновесия в координатах y x. Нагрузки ректификационной колонны по пару и жидкости определяются рабочим флегмовым числом R; его оптимальное значение RОПТ можно найти путем технико-экономического расчета.Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре - конденсаторе определим по уравнению: (10) где RM = 1080 КДЖ/кг-теплота конденсации метанола при t = 72,6 0С Следовательно, тогда Расход теплоты, получаемой в кубе-испарителе от греющего пара: (11) здесь тепловые потери приняты в размере 3% от полезно затрачиваемой теплоты. Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике кубового остатка: где удельная теплоемкость кубового остатка взята при средней температуре: Расход греющего пара, имеющего давление Рабс = 4,0 кгс/см2 и влажность 5% а) в кубе-испарителе: где - удельная теплота конденсации греющего пара. б) в подогревателе исходной смеси: всего: или 3,7 т/чДанная диаграмма представляет собой совмещенный график зависимостей температуры кипения жидкости от ее состава и температуры насыщенных паров от их состава. Диаграмма t-х-у является основой для технологического расчета процессов разделения жидких смесей ректификацией, поскольку с ее помощью по известным значениям составов паров и жидкостей в любой точке аппарата определяются значения локальных температур, а так же решается обратная задача.
План
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Состояние вопроса
2. Технические описания и расчеты
2.1 Описание принципа работы технологической схемы
2.2 Материальный расчет установки
2.3 Тепловой расчет аппарата
2.4 Конструктивный расчет аппарата
2.5 Расчет комплектующего оборудования
2.6 Гидравлический расчет продуктовой линии и подбор нагнетательного оборудования