Проектирование ректификационной установки непрерывного действия с ситчатыми тарелками для разделения бинарной смеси бензол-толуол под давлением 1.0 атмосфер - Курсовая работа

ВОЛЖСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ) ВОЛГОГРАДСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА Тема: С проектировать ректификационную установку непрерывного действия с ситчатыми тарелками для разделения бинарной смеси бензол-толуол под давлением 1.0 атм.х - концентрация жидкой фазы; у - концентрация паровой фазы; ? - коэффициент массоотдачи;Ректификация - массообменный процесс, который осуществляется в большинстве случаев в противоточных колонных аппаратах с контактными элементами (насадки, тарелки), аналогичными аппаратам, используемым в процессах абсорбции. Тем не менее ряд особенностей процесса ректификации (различное соотношение нагрузок по жидкости и пару в нижней и верхней частях колонны, переменный по высоте коэффициент распределения, совместное протекание процессов массо-и теплопереноса) осложняет его расчет. Исходная смесь из промежуточной емкости 1 центробежным насосом 2 подается в теплообменник 3, где подогревается до температуры кипения. Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике 4. Для более полного обогащения верхнюю часть колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом жидкостью (флегмой) состава XP, которая получается в дефлегматоре 6 путем конденсации пара, выходящего из колонны.Производительность колонны по дистилляту Р и кубовому остатку W определим из уравнений материального баланса колонны: ; . Отсюда находим: кг/с, кг/с, Для дальнейших расчетов пересчитаем составы фаз питания, дистиллята и кубового остатка из массовых долей в мольные по соотношению: , (1.2) где Мнк(С6H6) и Мвк(С6Н5СН3) - молекулярные массы соответственно низкокипящего и высококипящего компонентов. Построим диаграмму равновесия между паром и жидкостью в координатах у-х (состав пара - состав жидкости). По диаграмме определим - концентрацию легколетучего компонента в паре, находящемся в равновесии с исходной смесью.а) в верхней части колонны кмоль/кмоль смеси(2.1) б) в нижней части колонны кмоль/кмоль смеси(2.2)а) в верхней части колонны кг/кмоль (2.3) б) в нижней части колонны кг/кмоль (2.4) 2.3 Средние массовые расходы (нагрузки) по жидкости а) в верхней части колонны кг/с(2.8) б) в нижней части колонны кг/с(2.9)а) в верхней части колонны кг/ кмоль(2.12) б) в нижней части колонны кг/ кмоль(2.13)а) в верхней части колонны кг/с(2.14) б) в нижней части колонны колонна ректификационный пар тарелка кг/с(2.15)Средние температуры паров определим по диаграмме t - х,у.а) в верхней части колонны кг/м3(3.1) б) в нижней части колонны кг/м3(3.2)Плотности жидких бензола и толуола близки. Температура кипения дистиллята при 0,974 равняется 80,7 0С, температура кипения кубового остатка при равняется 106,4 0С.Определим скорость пара в колонне по уравнению: (3.5) где с - коэффициент, зависящий от конструкции тарелок, расстояния между тарелками, рабочего давления в колонне, нагрузки колонны по жидкости;Имеем: где МР - мольная масса дистиллята, Р - расход дистиллята.По каталогу для колонны диаметром 1400 мм выбираем ситчатую тарелку ТС-Р со следующими конструктивными размерами: Диаметр отверстий в тарелке, do 0,005м Рассчитаем гидравлическое сопротивление тарелки в верхней и нижней части колонны по уравнению: а) верхняя часть колонны: Гидравлическое сопротивление сухой тарелки где =1,7 - коэффициент для ситчатых тарелок; Сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения: где = 21,3 •10-3 Н/м - поверхностное натяжение бензола при 80,7 0С ; Сопротивление парожидкостного слоя на тарелке: Высота парожидкостного слоя на тарелке: Высоту слоя над сливной перегородкой рассчитывают по формуле: где Vж - объемный расход жидкости, м3/с; Объемный расход жидкости в верхней части колонны: Находим ?h: Высота парожидкостного слоя на тарелке: hпж = 0,03 0,017= 0,047мПостроим рабочие линии и ступени изменения концентраций для верхней (укрепляющей) и нижней (исчерпывающей) частей колонны (рис.4) и находим число ступеней изменения концентрации nt. Число тарелок: Для определения среднего к.п.д. тарелок ? находим коэффициент относительной летучести разделяемых компонентов ? = Рб/Рт и коэффициент динамической вязкости исходной смеси ? при средней температуре в колонне, равной 94,1ОС. Принимаем динамический коэффициент вязкости исходной смеси ? = 0,307 СП = 0,307•10-3 Па•с Средний КПД тарелок определяется по уравнению: Для сравнения рассчитывается средний КПД тарелки ?0 ?0= в этой формуле безразмерные комплексыТепловые потери Qпот принимаем в размере 3% от полезно затрачиваемого тепла; удельные теплоемкости взяты соответственно: CP =1982 Дж/кг К при ТР = 80,7OC; Расход тепла в паровом подогревателе исходной смеси: Q = 1,05GFCF(TF - тнач ), Здесь тепловые потери приняты в размере 5%, удельная теплоемкость исходной смеси CF = (0,44•0,46 0,56•0,47)•4190 = 1950 Дж/кг•К взята при средней температуре .

Содержание

Введение

Задание на проектирование

1. Материальный баланс колонны и рабочее флегмовое число

2. Определение объемов пара и жидкости, проходящих через колонну

2.1 Средний мольный состав жидкости

2.2 Средние мольные массы жидкости

2.3 Средние массовые расходы (нагрузки) по жидкости

2.4 Средняя массовая концентрация в жидкости

2.6 Средние мольные массы пара

2.7 Средние массовые потоки пара

3. Скорость пара и диаметр колонны

3.1 Температуры паров

3.2 Плотности паров в колонне

3.3 Плотности жидкостей в колонне

3.4 Вязкости жидких смесей в колонне

3.5 Предельная скорость паров в колонне

3.6 Диаметр колонны

4. Гидравлический расчет тарелок

5. Определение числа тарелок и высоты колонны

6. Тепловой расчет установки

Список литературы

Основные условные обозначения а - удельная поверхность, м2/м;

D - коэффициент диффузии, м2/с;

d - диаметр, м;

F - расход исходной смеси, кг/с;

G - расход паровой фазы, кг/с;

Р - расход дистиллята, кг/с;

g - ускорение свободного падения, м/с2;

Н, h - высота, м;

К - коэффициент массопередачи;

L - расход жидкой разы, кг/с;

М - мольная масса, кг/кмоль;

m - коэффициент распределения; .

N - число теоретических ступеней разделения;

п - число единиц переноса;

R - флегмовое число;

Т, t - температура, град;

U - плотность орошения, м3(м2с)

W - расход кубовой жидкости, кг/с;

? - скорость пара, м/с;