Проектирование ректификационной тарельчатой колонны с ситчатыми тарелками для разделения смеси бензол - уксусная кислота - Курсовая работа

Ректификация представляет собой процесс многократного частичного испарения жидкости и конденсации паров. Процесс осуществляется путем контакта потоков пара и жидкости, имеющих различную температуру кипения и проводится обычно в колонных аппаратах. При каждом контакте из жидкости испаряется преимущественно низко кипящий компонент, а из паров конденсируется высоко кипящий компонент, переходящий в жидкость.Процессы ректификации осуществляются периодически или непрерывно при различных давлениях: атмосферном, под вакуумом (для разделения смесей высококипящих веществ), а так же под давлением больше атмосферного (для разделения смесей, являющихся газообразными при нормальных температурах).Процессы периодической ректификации могут проводиться при постоянном флегмовом числе (R=const), и при постоянном составе дистиллята. При периодической ректификации содержание НК в смеси, кипящей в кубе, уменьшается во времени. Поэтому при возврате постоянного количества флегмы в колонну, т.е. в случае работы при R=const, дистиллят так же постепенно соединяется с НК. Осуществление процесса таким способом связано с автоматическим регулированием количества флегмы, возвращаемой в колонну, или количества пара, поступающего из кипятильника, что усложняет установку. Поэтому зависимость между рабочими концентрациями фаз определяется для всей колонны одной рабочей линией, соответствующей уравнению: Роль исчерпывающей части колонны выполняет куб.Снизу вверх по колонне движутся пары, поступающие в нижнюю часть аппарата из кипятильника, который находится внизу колонны (встроен в куб). В результате взаимодействия между жидкостью и паром, имеющим более высокую температуру, жидкость частично испаряется, причем в пар переходит преимущественно НК. Из пара конденсируется и переходит в жидкость преимущественно ВК, содержание которого в поступающем на тарелку паре выше равновесного с составом жидкости на тарелке. На второй тарелке жидкость имеет состав , содержит больше НК, чем на первой, и соответственно кипит при более низкой температуре. Таким образом, пар представляющий собой на выходе из кипятильника почти чистый ВК, по мере движения вверх все более обогащается НК и покидает верхнюю тарелку колонны в виде почти чистого НК, который практически полностью переходит в паровую фазу на пути пара от кипятильника до верха колонны.Обозначим массовый расход по кубовому остатку кг/с, по дистилляту кг/с, питания кг/с. из уравнений материального баланса: где: находим: , Для дальнейших расчетов выразим концентрации питания, дистиллята и кубового остатка в массовых долях: Относительный мольный расход питания: . Определяем минимальное число флегмы по уравнению: , где - мольную долю воды в паре, равновесном с жидкостью питания определяем по диаграмме .Для определения основных размеров колонны, расходов греющего пара и воды требуется найти средние мольные, массовые составы, мольные, массовые и объемные расходы по жидкости и пару, а также некоторые физические величины. Для простой полой колонны, обогреваемой глухим паром (горячей водой) или острым паром, средние составы и расходы по жидкости и пару, а также физические величины определяют отдельно для верхней и нижней частей колонны. а) Для жидкой фазы в верхней и нижней частях колонны: - мольные составы ХАВ и ХАН -средние температуры определяют по диаграмме t-x,y при соответствующих значениях ХАВ и ХАН :-плотности -мольные составы определяют по уравнениям рабочих линий при подстановке в них соответствующих ХАВ и ХАН -средние температуры тув, тун определяют по диаграмме t-x,y при соответствующих значениях УАВ и УАН :-плотностиТепловой баланс ректификационной колонны можно выразить одним уравнением где CD, CW, CF - удельные теплоты дистиллята, кубового остатка и исходной смеси (Дж/кг*К) взяты соответственно при TD=81.80С, TW=116.50С, TF=93.20СЗадаемся скоростью пара в колонне пусть w=1 м/с, тогда диаметр колонны рассчитываем по формуле Гидравлический расчет ситчатых тарелок начинают с определения скорости газа(пара). Однако сначала необходимо рассчитать максимальную скорость газа(пара) по соотношению: Коэффициент k1=1.2, k2=0.8, k3=1.22Высота газожидкостного слоя рассчитывается по уравнению: h0 - высота светлого слоя жидкости ? - газосодержание барботажного слояСкорость пара в свободном сечении тарелки определяем по формуле: ? - относительное свободное сечение тарелки (см. справочник) при t=13 мм и ?=0.0922Брызгоунос (относительный расход уносимой паром жидкости) определяется скоростью пара, высотой сепарационного пространства и физическими свойствами жидкости и пара.Число ny единиц переноса по газовой фазе можно рассчитать по следующему соотношению: где Pe’y - диффузионный критерий ПеклеРасчет эффективности Е0 тарелки зависит от модели структуры потоков пара и жидкости и их взаимного движения. Обычно для паровой фазы используется модель идеального вытеснения, а для жидкой фазы используется либо модель полного перемешивания, либо модель идеального вытеснения, или диффузионная модель движения жидкости, учитывающая п

Содержание

Введение

1. Аналитический обзор

1.1 Периодическая ректификация бинарных смесей

1.2 Непрерывно действующие ректификационные установки для разделения бинарных смесей

2. Расчетная часть

2.1 Материальный баланс

2.2 Гидравлический расчет

2.2.1 Определение средних физических величин пара и жидкости. Расчет расходов пара и жидкости в верхней и нижней частях колонны

2.2.2 Тепловой расчет установки

2.2.3 Расчет скорости пара и диаметра колонны

2.2.4 Расчет высоты газожидкостного (барботажного) слоя жидкости

2.2.5 Расчет скорости пара в свободном сечении тарелки

2.2.6 Расчет брызгоуноса

2.3 Расчет высоты колонны

2.3.1 Определение кинетических параметров (частных чисел единиц переноса)

2.3.2 Определение локальной эффективности тарелки

2.3.3 Определение числа действительных тарелок

2.3.4 Определение высоты и гидравлического сопротивления колонны

2.4 Расчет дефлегматора

2.4.1 Температурная схема процесса

2.4.2 Расчет теплофизическиз свойств

2.4.3 Расход охлаждающей воды

2.4.4 Расчет площади поперечного сечения

2.4.5 Трубное пространство

2.4.6 Межтрубное пространство

2.4.7 Термическое сопротивление стенки и загрязнений

2.4.8 Метод итераций

2.4.9 Уточнение коэффициента теплопередачи и поверхности теплообмена

Заключение

Список литературы

Приложение А

В данной курсовой работе рассматривается процесс ректификации, осуществляющийся непрерывно при атмосферном давлении. Ректификация представляет собой процесс многократного частичного испарения жидкости и конденсации паров. Процесс осуществляется путем контакта потоков пара и жидкости, имеющих различную температуру кипения и проводится обычно в колонных аппаратах. При каждом контакте из жидкости испаряется преимущественно низко кипящий компонент, а из паров конденсируется высоко кипящий компонент, переходящий в жидкость.

Такой двусторонний обмен компонентами повторяемый многократно, позволяет по лучить в конечном итоге пары представляющие собой почти чистый НК. Эти пары после конденсации в отдельном аппарате дают дистиллят и флегмужидкость, возвращаемую для орошения колоны и взаимодействия с поднимающимися парами. Пары получают путем частичного испарения снизу колоны остатка, являющегося почти чистым ВК.

Ректификация известна с начала 19 века как один из важнейших технологических процессов главным образом спиртовой и нефтяной промышленности. В настоящее время ее все шире применяют в самых различных областях химической технологии, где выделение компонентов в чистом виде имеет весьма важное значение (производство полимеров, полупроводников и различных других веществ высокой чистоты).