Изучение ректификации как одного из способов разделения жидких смесей, основанного на различном распределении компонентов смеси между жидкой и паровой фазами. Описание схемы ректификационной установки непрерывного действия. Расчет тепловой установки.
Аннотация к работе
В качестве аппаратов служащих для проведения ректификации используются ректификационные колонны - состоящие из собственно колонны, где осуществляется противоточное контактирование пара и жидкости, и устройств, в которых происходит испарение жидкости и конденсация пара - куба и дефлегматора. Колонна представляет собой вертикально стоящий полый цилиндр, внутри которого установлены так называемые тарелки (контактные устройства различной конструкции) или помещен фигурный кусковой материал - насадка. Как в насадочных, так и в тарельчатых колоннах кинетическая энергия пара используется для преодоления гидравлического сопротивления контактных устройств и для создания динамической дисперсной системы пар - жидкость с большой межфазной поверхностью. В первом случае разделяемая смесь непрерывно подается в ректификационную колонну, а из колонны непрерывно отводятся две или более число фракций, обогащенных одними компонентами и обедненных другими. Исходная смесь (обычно при температуре кипения) подается в колонну, где смешивается с так называемой извлеченной жидкостью, стекающей по контактным устройствам (тарелкам или насадке) исчерпывающей секции противотоком к поднимающемуся потоку пара.Принципиальная схема ректификационной установки представлена на рис.1.1 Исходную смесь из емкости 1 центробежным насосом подают в теплообменник 2, где она 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 ХР, получаемой в дефлегматоре 5 путем конденсации пара, выходящего из колонны.Необходимо рассчитать ректификационную колонну с тарелками для разделения смеси четыреххлористый углерод - толуол под давлением и определить ее основные геометрические размеры (диаметр и высоту).Зная производительность колонны и необходимые концентрации, определим недостающие данные, т. е. =0,83-0,31=0,52 кг/с где - мольные доли легколетучего компонента в жидкости, а - концентрация легколетучего компонента в паре, находящаяся в равновесии с жидкостью (питанием исходной смеси). Пересчитаем составы фаз из массовых в мольные доли по соотношению где Мч и Мт - молекулярные массы соответственно четыреххлористого углерода и толуола, кг/кмоль. Тогда: Средние массовые расходы (нагрузки) по жидкости для верхней и нижней частей колонны определяются из соотношений: где MP и MF - мольные массы дистиллята и исходной смеси; Мольную массу дистиллята в данном случае можно принять равной мольной массе легколетучего компонента - четыреххлористый углерод.Расчет скорости пара для тарельчатых ректификационных колонн с ситчатыми тарелками выполняется по следующему уравнению: с коэффициент, зависящий от конструкции тарелок, расстояния между тарелками, рабочего давления колонны, нагрузки колонны по жидкости. Найдем плотности жидкости rхв и rхн и пара rув и rун в верхней и нижней частях колонны при средних температурах в них TB и ТН. Тогда Рассчитаем плотности жидкой фазы вверху и внизу колонны: , , где хоб.в,хоб.н - объемные концентрации жидкой фазы соответственно вверху и внизу колонны. Ориентировочный диаметр колонны определяют из уравнения расхода: Принимаем средний массовый поток пара в колонне равным полусумме GB и GH: G = (1,4 1,6)/2 = 1,28 кг/с Для колонны диаметром 800 мм выбираем тарелку ТСК-Р со следующими конструктивными размерами: Диаметр отверстий в тарелке do=3ммВысоту светлого слоя жидкости ho для ситчатых тарелок находим по уравнению ho = 0,787 , (2.30) где удельный расход жидкости на 1м ширины сливной перегородки, м /с; Для смеси нормальных жидкостей в верхней и нижней частях колонны значение вязкости ?см может быть вычислена по формулам: , , где , , , динамические коэффициенты вязкости четыреххлористого углерода и толуола вверху и внизу. Высота светлого слоя: а) для верхней части колонны: б) для нижней части колонны: Паросодержание барботажного слоя ? находим по формуле гдеДля определения к.п.д. тарелок находим коэффициент относительной летучести разделяемых компонентов ?=Рт/PCCL4 и динамический коэффициент вязкости исходной смеси ? при средней температуре в колонне. ?=1475/559=2,64 По графику находим значение поправки на длину пути =0,185Гидравлическое сопротивление тарелок колонны DPK определяют по формуле: где DPB и DPH - гидравлическое сопротивление одной тарелки соответственно верхней и нижней части колонны, Па.RD = 0,95*195*103 0,01*394*103=204*103 Дж/кг где rc = 195*103 Дж/кг - теплота конденсации четыреххлористого углерода, rt = 394*103 Дж/кг-теплота конденсации толуола. Расход теплоты получаемой в кубе-испарителе от греющего пара, находим по уравнению: Qk=QД GD*CD*TD GW*CW*TW-Gf*Cf*tf Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике дистиллята: Q= GD*CD*(TD-ткон) = 0,52*0, 46 *4190*(80-25) =155020Вт (3.
План
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Технологическая схема и ее описание
2.Технологический расчет
2.1Расчет ректификационной колонны
2.2 Материальный баланс
2.3 Расчет скорости и диаметра колонны
2.4 Высота светлого слоя жидкости на тарелке и паросодержания барботажного слоя