Материальный баланс процесса ректификации. Расчет флегмового числа, скорость пара и диаметр колонны. Тепловой расчет ректификационной колонны. Расчет оборудования: кипятильник, дефлегматор, холодильники, подогреватель. Расчет диаметра трубопроводов.
Аннотация к работе
Процесс ректификации находит широкое применение во многих отраслях химической, пищевой, и нефтеперерабатывающей промышленности.O Корпус цельносварной, рассчитанный на давление до 4 МПА, имеют колонные аппараты диаметром более 1000мм с интервалом изменения диаметра через 200мм. Эти тарелки рекомендуется применять при больших нагрузках колонны по жидкости. При расчете процессов ректификации составы жидкостей обычно задаются в массовых долях или в процентах, а для практического расчета удобнее пользоваться составами жидкостей и пара, выраженными в мольных долях или процентах. Материальный баланс, основанный на законе сохранения массы вещества, составляется для определения количества материальных потоков в колонне. По полученным данным о равновесии между жидкостью и паром строим изобары температур кипения и конденсации смеси на диаграмме t=f(x,y) (рисунок 1) и линию равновесия на диаграмме у=f(x) (рисунок 2).Высоту колонны определяем графоаналитическим методом, т.е. последовательно рассчитываем коэффициенты массоотдачи, массопередачи, коэффициенты полезного действия тарелок; строим кинетическую кривую и определяем число действительных тарелок. , где Dж - коэффициент диффузии в жидкости, м2/с; Мж.ср - средняя мольная масса жидкости в колонне, кг/кмоль: а) в верхней части колонны б) в нижней части колонны МА, МВ - мольные массы компонентов А и В,кг/кмоль; ?А, ?В - мольные объемы компонентов А и В, кг/кмоль; А и В - коэффициенты зависящие от свойств низкокипящего и высококипящего компонентов. Коэффициент диффузии пара в жидкости Dt связан с коэффициентом диффузии D20 следующей приближенной зависимостью, (III.7) в которой температурный коэффициент b может быть определен по эмпирической формуле Определяем коэффициенты массоотдачи: а) для верхней части колонны б) для нижней части колонныРасход теплоты, получаемой кипящей жидкостью от конденсирующего пара в кубе-испарителе колонны (IV.1) где - расход теплоты, отнимаемой охлаждающей водой от конденсирующихся в дефлегматоре паров, Вт; - тепловые потери колонны в окружающую среду, Вт; - теплоемкость исходной смеси, дистиллята, кубовой жидкости, соответственно, Дж/КГК. Значения теплоемкостей, необходимые для расчета, находим по формуле Температура смеси , кубового остатка и дистиллята ; теплоемкости ацетона и этилового спирта при этих температурах определяем по номограмме : Теплоемкости смесей: Количество тепла, отнимаемого охлаждающей водой от конденсирующегося в дефлегматоре пара (IV.5) где - температура наружной поверхности стенки колонны, принимаем ; - температура воздуха в помещении, ; - суммарный коэффициент теплоотдачи конвекцией и излучением, Вт/(м2К): (IV.6) где FH - наружная поверхность изоляции колонны, определяем по формулеВ качестве примера полного расчета теплообменника приводим расчет поверхности кубового испарителя для кипятильника ректификационной установки, остальных - укрупненный, с использованием ориентировочных значений коэффициентов теплопередачи, приведенных в таблице 4.8 [2]. /При небольших поверхностях теплообмена куб колонны обогревается змеевиком или горизонтальной трубчаткой, пересекающей нижнюю часть колонны; при этом греющий пар пропускается по трубам. Определяем ориентировочно максимальную величину площади теплообмена. По [1, таблица 4.8] для данного случая теплообмена (от конденсирующего водяного пара к кипящей жидкости) принимаем значение минимального коэффициента теплопередачи Kmin=300 Вт/м2•К. Предварительно выбираем для расчета выносной кипятильник кожухотрубчатый теплообменник с трубами диаметром 25?2 мм, длиной труб - 3,0 м.Среднюю скорость потока ориентировочно берем из таблицы 1.1[2]: жидкости в напорных трубопроводах - ?=0,5 - 2,5 м/с. Выбираем трубы O38?2 > d=34мм (с таблицы на странице 16 [1]). Среднюю скорость потока ориентировочно берем из таблицы 1.1[2]: жидкости при движении самотеком - ?=0,1 - 0,5 м/с. Выбираем трубы O32?3 > d=26мм (с таблицы на странице 16 [1]). Среднюю скорость потока ориентировочно берем из таблицы 1.1[2]: жидкости при движении самотеком - ?=0,1 - 0,5 м/с.В ходе проектирования была разработана ректификационная установка с требуемыми техническим заданием характеристиками.
Вывод
В ходе проектирования была разработана ректификационная установка с требуемыми техническим заданием характеристиками.
В пояснительной записке приведены расчеты процессов, подтверждающие работоспособность проектируемого изделия.
Схемы каждого из механизмов приведены в соответствующих разделах пояснительной записки.
В графической части курсового проекта изображены: технологическая схема ректификационной установки, чертеж общего вида.
Список литературы
1. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию /Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Под ред. Ю.И. Дытнерского, 3-е изд., стереотипное. М.: ООО ИД «Альянс», 2007 - 496 с.
2. Павлов К.Ф. и др. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учебное пособие для вузов /К.Ф.Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков. - М.: ООО ИД «Альянс», 2007. - 576 с.
3. Борисова Т.В. и др. Расчет ректификационной колонны с различными контактными устройствами: Учебное пособие к курсовому проектированию для студентов всех форм обучения /Т.В. Борисова, М.К. Шайхатдинова, С.М. Воронин. - Красноярск: СИБГТУ, 2001. - 88 с.