Разработка ректификационной установки для непрерывного разделения смеси: ацетон - уксусная кислота. Расчет диаметра, высоты, гидравлического сопротивления ректификационной колонны. Определение теплового баланса и расхода греющего пара, охлаждающей воды.
При низкой оригинальности работы "Проектирование ректификационной установки непрерывного действия для разделения смеси ацетон - уксусная кислота", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
Ректификация - массообменный процесс, который осуществляется в большинстве случаев в противоточных колонных аппаратах с контактными элементами (насадки тарелки) аналогичными используемым в процессе абсорбции. Тем не менее, ряд особенностей процесса ректификации (различие 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 промежуточной емкости центробежным насосом 10 подают в теплообменник 5, где она подогревается кубовой жидкостью, а затем попадает в догреватель 11, где и доводится до температуры кипения. Из кубовой части колонны непрерывно выводится кубовая жидкость - продукт, обогащенный труднолетучим компонентом, часть которого охлаждается в теплообменнике 7 и направляется в емкость 8, а часть направляется к подогревателю исходной смеси 5.Ректификация - это противоточное взаимодействие двух неравновесных фаз - жидкости и пара, образующегося из этой жидкости. Эти устройства можно классифицировать по многим признакам; например, по способу передачи жидкости с тарелки на тарелку различают тарелки с переливными устройствами и тарелки без переливных устройств (провальные). Тарелки с переливными устройствами имеют специальные каналы, по которым жидкость перетекает с одной тарелки на другую, причем по этим каналам не проходит газ. Тарелки, на которых сплошной фазой является жидкость, а дисперсной - газ или пар, называют барботажными. Газ и жидкость взаимодействуют в перекрестном токе: жидкость движется по тарелке от переливного кармана к сливной перегородке и далее на расположенную ниже тарелку, а газ - вверх по оси колонны.Исходная смесь из промежуточной емкости центробежным насосом подается в теплообменник, где она подогревается до температуры кипения. Нагретая смесь поступает на разделение в середину ректификационной колонны на тарелку питания, где состав жидкости равен составу исходной смеси. Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубового остатка, т.е. обедненным легколетучим компонентом.Производительность колонны по дистилляту D и кубовому остатку W определим из уравнений материального баланса колонны: (1) Отсюда находим: - массовый расход дистиллята(2) Мольная масса ацетона составляет , уксусной кислоты , следовательно, пересчитаем составы фаз из мольных долей в массовые по соотношению: (4) где и - молекулярные массы соответственно ацетона и уксусной кислоты, , аналогично находим и : Рассчитаем массовые расходы дистиллята и кубового остатка: Нагрузки ректификационной колонны по пару и жидкости определяются рабочим флегмовым числом R. Минимальное флегмовое число Rmin определяем по формуле: (5) где и - мольные доли легколетучего компонента соответственно в исходной смеси и дистилляте ; - концентрация легколетучего компонента в паре, находящемся в равновесии с исходной смесью, . Найдем точку пересечения рабочих линий, примем , отсюда получим: Средние массовые расходы (нагрузки) по жидкости для верхней и нижней частей колонны определим из соотношений: (9)Плотность физических смесей жидкостей подчиняется закону аддитивности: Так как плотности жидкостей близки, то примем: подставив в уравнение, получим: Ориентировочную скорость определим из соотношения: где ??, ?y - плотности жидкой и газовой смесей соответственно (см. прил. Подставляя значения для верхней и нижней частей колонны получим: Ориентировочный диаметр колонны определяем из уравнения: где объемный расход газовой смеси (см. прил. По ходу расчетов диаметр был увеличен до 1.8 м, расчеты для диаметров 1.4м и 1.6м представлены в приложении 2, здесь будет представлен только расчет для колонны диаметром 1.8 м, который сошелся. Рассчитываем рабочую площадь тарелки: Рассчитываем рабочую скорость пара, т.е. скорость пара отнесенную к рабочей площади тарелки в ВЧК и НЧК: Теперь рассчитаем максимально допустимую рабочую скорость пара: Для этого сначала произведем предварительные расчеты: где массовые расходы жидкой и газовой смесей соответственно (см. прил. Скорость пара в свободном сечении в ВЧК и НЧК рассчитывают по формулам: Максимальная скорость пара в свободном в ВЧК и НЧК рассчитывают по формуле: где k1 и k3 - коэффициенты зависящие от типа тарелок, для клапанных k1=1.15 и k3=1.22, k2 - коэффициент, зависящий от давления, для колонн работающих под атмосферным давлением принимается k2=1; h - расстояние между тарелками, принято равным 0.3 м; q - линейная плотность орошения.Высоту газожидкостного слоя для решетчатых тарелок находим по уравнению [5,9]: (23) где - критерий Фруда (оптимальный). Поверхностные натяжения жидкости равны: , Плотность орошения (приведенная скорость жидкости) рассчитывается по формуле[5,9] где L-расход жидкости, кг/с, S-площадь поперечног
План
Оглавление
Введение
Задание на проектирование
1. Аналитический обзор
2. Технологическая часть
3. Расчет тарельчатой ректификационной колонны
3.1 Материальный баланс колонны и рабочее флегмовое число
3.2 Скорость пара и диаметр колонны
3.3 Высота колонны
3.3.1 Высота светлого слоя жидкости на тарелке и паросодержание барботажного слоя
3.3.2. Коэффициенты массопередачи и высота колонны
3.4 Гидравлические сопротивления тарелок колонны
3.5 Тепловой расчет установки
4. Расчет теплообменной аппаратуры
4.1 Подробный расчет подогревателя исходной смеси
4.1.1 Турбулентный режим
4.1.2 Определение гидравлических сопротивлений
4.2 Приближенный расчет теплообменных аппаратов
Заключение
Список использованной литературы
Приложения
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 подход к расчету и проектированию ректификационных и абсорбционных установок имею много общего. Тем не менее, ряд особенностей процесса ректификации (различие 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 процессов (в приведенных в данной главе примерах в основном использованы эти рекомендации).
Принципиальная схема ректификационной установки представлена на рис. 1. Исходную смесь из промежуточной емкости центробежным насосом 10 подают в теплообменник 5, где она подогревается кубовой жидкостью, а затем попадает в догреватель 11, где и доводится до температуры кипения. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну на тарелку питания, 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 2. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка XW , т. е. обеднен легколетучим компонентом. В результате массообмена с жидкостью пар обогащается легколетучим компонентом. Для более полного обогащения верхнюю часть колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом жидкостью (флегмой) состава ХР , получаемой в дефлегматоре 3 путем конденсации пара, выходящего из колонны. Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения - дистиллята, который охлаждается в теплообменнике 6 и направляется в промежуточную емкость 9.
Из кубовой части колонны непрерывно выводится кубовая жидкость - продукт, обогащенный труднолетучим компонентом, часть которого охлаждается в теплообменнике 7 и направляется в емкость 8, а часть направляется к подогревателю исходной смеси 5.
Таким образом, в ректификационной колонне осуществляется непрерывный неравновесный процесс разделения исходной бинарной смеси на дистиллят (с высоким содержанием легколетучего компонента) и кубовый остаток (обогащенный труднолетучим компонентом).
Расчет ректификационной колонны сводится к определению ее основных геометрических размеров - диаметра и высоты. 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 насадки.
В данном курсовом проекте выполняется проектная разработка аппаратуры ректификационной установки с технологическими, тепловыми и гидравлическими расчетами.
«Аналитический обзор» работы содержит информацию об основах процесса ректификации и расчета ректификационных колонн.
В «Технологической части» приведена принципиальная схема процесса ректификации.
В «Инженерном расчете» в соответствии с заданием произведен расчет тарельчатой ректификационной колонны.
Задание на проектирование.
Спроектировать ректификационную установку для непрерывного разделения смеси: ацетон-уксусная кислота. Рассчитать диаметр, высоту, гидравлическое сопротивление ректификационной колонны. Рассчитать тепловой баланс и расход греющего пара, охлаждающей воды. Рассчитать и выбрать теплообменник для подогрева исходной смеси кубовым остатком.
Перечень работ, выполненных на ЭВМ: определить поверхность теплообмена подогревателя исходной смеси.
Основные данные: 1.
2. (мольн.) (мольн.) (мольн.)
3. Давление в колонне: атмосферное.
4. Температура исходной смеси: 15°С.
5. Температура охлаждающей воды: 11°С.
6. Давление греющего пара: выборочное.
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
