Проектирование колонны ректификации для разделения смеси этанол-вода - Курсовая работа

Федеральное агентство по образованию государственное образовательное учреждение высшего и профессионального образования Пояснительная записка к курсовой работе: ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОЛОННЫ РЕКТИФИКАЦИИ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСИ ЭТАНОЛ-ВОДАРассчитать и спроектировать колонну ректификации (насадочная) для разделения смеси этанол - вода поступающей в количестве 10 тонн в час. Состав исходной смеси 40% (масс.) этанола и 600% (масс.) воды.При каждом контакте из жидкости испаряется преимущественно низкокипящий компонент, которым обогащаются пары; из паров конденсируется преимущественно высококипящий компонент, переходящий в жидкость. Эти пары после конденсации в отдельном аппарате дают дистиллят (ректификат) и флегму - жидкость, возвращаемую для орошения колонны и взаимодействия с поднимающимися парами. Кипятильник или куб, предназначен для превращения в пар части жидкости, стекающей из колонны, и подвода пара в ее нижнюю часть (под насадки или нижнюю тарелку). В случае частичной конденсации паров в дефлегматоре, его располагают непосредственно над колонной, чтобы обеспечить большую компактность установки, либо вне колонны (рис 2). В случае полной конденсации паров в дефлегматоре его устанавливают выше колонны, непосредственно на колонне или ниже верха колонны для того, чтобы уменьшить общую высоту установки.Уравнения материального баланса ректификационной колонны непрерывного действия, учитывающее количество поступающих и уходящих потоков, имеет следующий вид: F = P W (1) где F - количество поступающей на разделение смеси, кг/с; Уравнение материального баланса с учетом содержания легколетучего (низкокипящего) компонента в исходной смеси (питании), дистилляте и кубовом остатке имеет вид: (2) где - концентрация низкокипящего компонента в дистилляте, массовые доли; Пересчитаем составы фаз из массовых в мольные по соотношению: = кмоль/кмоль кг/моль - мольная масса низкокипящего компонента; Аналогично находим: кмоль/кмоль смеси; кмоль/кмоль, - содержание низкокипящего компонента в дистилляте, кмоль/кмоль; Минимальное флегмовое число определяется по уравнению: (3) где =0,53-концентрация низкокипящего компонента в паре, равновесном с жидкостью питания (определяется с помощью кривой равновесия ).Предельную фиктивную скорость пара , при которой происходит захлебывание насадочных колонн, определяют по уравнению: , где и - средние плотности жидкости и пара, кг/м3; - в МПА с. Поскольку отношения и физические свойства фаз в верхней и нижней частях колонны различны, определим скорости захлебывания для каждой части отдельно. колонна ректификация этанол вода Найдем плотности жидкости и и пара и в верхней и нижней частях колонны при средних температурах в них тв и тн. Средние температуры определяем по диаграмме t - x, у. тв = 80°С тн = 94°С Вязкость жидких смесей находим по уравнению: , где и - вязкости жидких этанола и воды при температуре смеси.Высоту насадки Н рассчитывают по модифицированному уравнению массопередачи: где п0у - общее число единиц переноса по паровой фазе; h0y - общая высота единицы переноса, м. Общее число единиц переноса вычисляют по уравнению: Этот интеграл определяют обычно методом графического интегрирования: где S - площадь, ограниченная кривой, ординатами и , и осью абсцисс; Мх , Му - масштабы осей координат. Общую высоту единиц переноса h0y находят по уравнению аддитивности: где hx и hy - частные высоты единиц переноса соответственно в жидкой и паровой фазах; Высота единицы переноса в жидкой фазе равна: Высота единицы переноса в паровой фазе равна: где с и ?-коэффициенты, зависящие от отношения рабочей скорости пара к предельной ?/?П ; Ф - коэффициент, зависящий от массовой плотности орошения L; Z - высота слоя насадки одной секции, которая из условия прочности опорной решетки и нижних слоев насадки, а также из условия равномерности распределения жидкости по насадке не должна превышать 3 м; d - диаметр колонны, м; - критерий Прандтля для жидкости; - критерий Прандтля для пара; - массовая плотность орошения, кг/(м2·с); МПА·с); ; . Коэффициенты диффузии в жидкости Dx20 при 20°С можно вычислить по приближенной формуле: где А, В - коэффициенты, зависящие от свойств растворенного вещества и растворителя; ?э, ?в - мольные объемы компонентов в жидком состоянии пир температуре кипения, см3/моль; ?x - вязкость жидкости при 20 °С, МПА·с.Гидравлическое сопротивление насадки ?Р находят по уравнению: Гидравлическое сопротивление сухой неорошаемой насадки ?РС рассчитывают по уравнению: где ? - коэффициент сопротивления сухой насадки, зависящий от режима газа в насадке.

Содержание

Задание на проектирование

1. Теоретическая часть

2. Схема ректификационной колонны

4. Расчет ректификационной колонны

4.1 Расчет материального баланса

4.2 Расчет скорости пара и диаметра колонны

4.3 Расчет высоты насадки

4.4 Расчет гидравлического сопротивления насадки

4.5 Тепловой расчет установки

Заключение

Список использованных источников