Проектировочный расчет ректификационной колонны для получения товарного пропилена - Курсовая работа

Возможность разделения жидкой смеси на составляющие ее компоненты ректификацией обусловлена тем, что состав пара, образующегося над жидкой смесью, отличается от состава жидкой смеси в условиях равновесного состояния пара и жидкости. При ректификации исходная смесь делится на две части: часть, обогащенную легколетучим компонентом (ЛЛК), называемую дистиллятом, и часть, обедненную ЛЛК, называемую кубовым остатком. Обычно ректификационный аппарат состоит из двух частей: верхней и нижней, каждая из которых представляет собой организованную поверхность контакта фаз между паром и жидкостью.Целью курсового проекта является проектировочный расчет ректификационной колонны для получения товарного пропилена. Колонна установлена на открытой площадке на отметке 0,0 м во II географическом районе по ветровой нагрузке с нулевой сейсмичностью Колонна установлена на открытом воздухе, работает по непрерывному циклу.Ректификацию проводят колонных аппаратах с контактными устройствами (насадки, тарелки). В настоящее время при оценке совершенства конструкции КУ во внимание принимают следующие показатели: удельная производительность (по газу и жидкости); гидравлическое сопротивление; эффективность при номинальной нагрузке; диапазон рабочих нагрузок; металлоемкость и стоимость изготовления; удобство ремонта и монтажа. Особенностью предложенной конструкции является, то что для улучшения распределения газового потока под тарелкой и равномерности барботажа тарелку 1 (рисунок 1.1) снабжают по периметру отогнутым вниз бортом 2, образующим со стенками колонны зазор , служащий для перетока жидкости. Благодаря наличию указанного борта, под тарелкой, при работе колонны, создается газовый мешок, способствующий более равномерному распределению газовой фазы по площади перфорации тарелки. Жидкость в основном стекает через щели, кромки которых отогнуты вниз, а газ проходит через щели, кромки которых отогнуты вверх, при этом в результате интенсивного перемешивания жидкости и газа на тарелке образуется высокотурбулизированная пена, в которой и осуществляется контакт между газом и жидкостью.Еще одним способом получения пропилена как целевого продукта является мететезис - химическая реакция, в которую вступают два вещества, при этом происходит замещение групп с образованием двух новых соединений. Согласно технологии, смесь изомерных бутенов и этилена подают в нижнюю часть реактора. В верхнюю часть реактора вводят катализатор метатезиса в виде суспензии и катализатор изомеризации бутена-1 в бутен-2. Поднимаясь вверх по реактору, этилен и бутен-2 взаимодействуют с образованием пропена. Поток, выходящий из реактора, подвергается фракционированию, при этом чистый пропилен отделяется от этилена и бутена.Ректификационная колонна представляет собой металлическую конструкцию из цельносварных стальных листов, сваренных встык автоматической дуговой электросваркой. В аппарате выполнены соответствующие входы и выводы в виде патрубков, люки для обслуживания и очистки тарелок.Кроме известных величин, в выражения для количеств тепла входят: , , и - энтальпии соответственно паров, выходящих из колонны, исходной смеси, флегмы и остатка. При давлении для его расчета используется уравнение состояния изотермы жидкой фазы в виде [2]: , (1.6) где , - давления насыщенных паров НКК и ВКК при температуре , . Исходя из условия, что процесс протекает при давлении используется метод Питцера [2]: , где , , и рассчитываются по формулам: где - приведенная температура; - температура, . Предварительно определяется минимальное флегмовое число, соответствующее минимальной разделительной способности тарелок по формуле: Рабочее флегмовое число, соответствующее оптимальной разделительной способности тарелок, рассчитывается по формуле: Паровое число показывает отношение количества парового орошения , подаваемого под нижнюю тарелку колонны, к количеству жидкого остатка , то есть . Число теоретических тарелок, соответствующее рабочим флегмовому и паровому числам, рассчитываются по формулам: · Для всей колонны: · Для концентрационной секции: · Для отгонной секции: Уточняем давление в секции питания: .Выбор конструкционного материала производится исходя из необходимой химической стойкости, требований прочности при заданных рабочих условиях (давлении и температуры). Рабочее давление в аппарате , внутренний диаметр аппарата , высота обечайки , коррозионная проницаемость , амортизационный срок службы аппарата принимаем лет, температура стенок аппарата , коэффициент прочности сварных швов . При этих условиях давление определим по формуле для аппаратов, содержащих жидкость, если : . где - гидростатическое давление среды, . Гидростатическое давление определяется по формуле: . где - плотность среды, ; - ускорение свободного падения, ; - высота жидкости в аппарате, . Допускаемое напряжения при гидравлических испытаниях: . где - предел текучести стали при температуре : ; коэффициент запаса в случае гидравлических испытаний ; значения поправочного коэффициента принимается в зависимости от вида заготов

Содержание

Введение

1. Конструкторская часть

1.1 Техническое задание

1.2 Литературно-патентный поиск

1.3 Описание технологии и технологической схемы

1.4 Описание конструкции и принципа работы

1.5 Расчет технической характеристики

1.6 Выбор и обоснование материалов конструкции

2. Расчеты на прочность

2.1 Расчет на прочность цилиндрической обечайки

2.2 Определение толщины стенки крышки и днища

2.3 Расчет аппарата на ветровую нагрузку

2.4 Расчет опоры аппарата

2.5 Укрепление отверстий

2.6 Расчет и подбор фланцев

Заключение

Список литературы

Ректификация - разделение жидких однородных смесей на составляющие вещества или группы составляющих веществ в результате противоточного взаимодействия паровой смеси и жидкой смеси.

Возможность разделения жидкой смеси на составляющие ее компоненты ректификацией обусловлена тем, что состав пара, образующегося над жидкой смесью, отличается от состава жидкой смеси в условиях равновесного состояния пара и жидкости.

При ректификации исходная смесь делится на две части: часть, обогащенную легколетучим компонентом (ЛЛК), называемую дистиллятом, и часть, обедненную ЛЛК, называемую кубовым остатком.

Обычно ректификационный аппарат состоит из двух частей: верхней и нижней, каждая из которых представляет собой организованную поверхность контакта фаз между паром и жидкостью.

В нижней части исходная смесь взаимодействует с паром, начальный состав которого равен составу кубового остатка. Вследствие этого из смеси извлекается легколетучий компонент.

В верхней ступени пар начального состава соответствующий составу исходной смеси, взаимодействует с жидкостью, начальный состав которой равен составу дистиллята. Вследствие этого пар обогащается легколетучим компонентом до требуемого предела, а менее летучий компонент извлекается из паровой фазы.

Пар для питания ректификационной колонны получается многократным испарением жидкости, имеющей тот же состав, что и кубовый остаток, а жидкость - многократной конденсацией пара, имеющего состав, одинаковый с составом дистиллята.