Расчет и проектирование ректификационной установки для разделения смеси ацетон-бензол. Подбор вспомогательного оборудования: подогреватель сырья, дефлегматор и кипятильник, сырьевой насос. Расчет штуцеров для ввода сырья в колонну и отвода жидкости.
Аннотация к работе
Для осуществления процессов разделения жидких смесей применяют способы простой перегонки (дистилляции), перегонки под вакуумом и с водяным паром, ректификации, экстракции, адсорбции и т.д. Сущность процесса ректификации сводится к выделению из смеси двух или более жидкостей с различными температурами кипения. Как следует из теории массообменных процессов, при контакте неравновесных поровой и жидкой фаз, в результате которого протекают процессы массо-и теплообмена, система достигает состояния равновесия. В итоге такого контакта паровая фаза обогатится НКК, а жидкость - ВКК, если жидкость, вступающая в контакт с парами, будет содержать больше НКК, чем жидкость, равновесная с этими парами. Производя многократное контактирование неравновесность потоков паровой и жидкой фаз, направляя после каждой ступени пары на смешение с жидкостью, более богаты НКК по сравнению с равновесной с этими парами жидкостью, а жидкость на контакт с парами, более бедными НКК, можно изменить составы фаз желаемым образом.Производительность колонны по дистилляту и кубовому остатку определим из уравнения материального баланса колонны: (7.4 [1]) Ввиду отсутствия надежной методики оценки используют приближенное вычисления, основанные на определение коэффициента избытка флегмы (орошения) ?, равного отношению , где - минимальное флегмовое число: , где и - мольные доли легколетучего компонента соответственно в исходной смеси и дистилляте, кмоль/кмоль смеси; - концентрация легколетучего компонента в паре, находящемся в равновесии с исходной смесью, кмоль/кмоль смеси.Средние массовые расходы (нагрузки) по жидкости для верхней и нижней частей колонны определяют из соотношений: ; Средние мольные массы жидкости в верхней нижней частях колонны соответственно равны:-мольные массы ацетона и бензола соответственно;-средний мольный состав жидкости соответственно в верхней и нижней частях колонны: . Подставим рассчитанные величины: Средние массовые потоки пара в верхней и нижней частях колонны равны: Здесь и - средние молярные массы паров в верхней и нижней частях колонны: Где Тогда Подставив численные значения, получим: Определяем скорость пара в колонне по формуле: , где и - средние плотности жидкости и пара, ; - динамический коэффициент вязкости жидкости, МПА·с; ? - удельная поверхность насадки, ; g - ускорение свободного падения, ; - свободный объем насадки, ; L и G - массовые расходы жидкости и газа, ; А=-0,125 для ректификации. Поскольку отношения и физические свойства фаз в верхней и нижней частях колонны различны, определим скорости для каждой части отдельно.Для верхней части колонны m=1,37; для нижней части колонны m=0,67; - эквивалентный диаметр насадки, м; Re - критерий Рейнольдса; - отношение потоков пара и жидкости; - вязкость пара в верхней и нижней части колонны. Определяем вязкость паровой смеси для верхней части колонны: вязкость паров отдельных веществ находим по формуле: где - динамический коэффициент вязкости при ; Т - температура, К; С - постоянная Сатерленда. Для ацетона , С=541,5; для бензола , С=380; тогда для температуры 333,58К(температура в верхней части колонны): Определяем вязкость паровой смеси для нижней части колонны: Температура в нижней части колонны 347,6К. Определяем эквивалентную высоту насадки для верхней части колонны: Как следует из диаграммы x-y, число ступеней изменения концентрации в пределах от составляет 19. Следовательно, требуемая высота насадки верхней части колонны: Определяем эквивалентную высоту насадки для нижней части колонны: Как следует из диаграммы x-y, число ступеней изменения концентрации в пределах от составляет 8.Гидравлическое сопротивление насадки находят по уравнению: Гидравлическое сопротивление сухой неорошаемой насадки рассчитывают по уравнению: где ?? - коэффициент сопротивления сухой насадки, зависящий от режима движения газа в насадке.Расход теплоты, получаемой в кубе-испарителе от греющего пара, находим по уравнению: Здесь тепловые потери приняты в размере 5% от полезно затрачиваемой теплоты, удельные теплоемкости взяты соответственно при , , , температура кипения исходной смеси определена по Рис.2 - диаграмме t-x,y и равны: Расход теплоты в паровом подогревателе исходной смеси: Здесь тепловые потери приняты в размере 5%, удельная теплоемкость исходной смеси пара: взята при средней температуре . Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике кубового остатка: где удельная теплоемкость кубового остатка взята при средней температуреОпределяем среднюю разность температур: e tcp = t1 - t2 =100-79,07=20,93?С, где t 1=100?С - температура конденсации водяного пара, t 2=79,07?С - температура низа колонны . Для определения коэффициента теплоотдачи от пара, конденсирующегося на наружной поверхности труб высотой H, используют формулу (2.23): где-коэффициент теплопроводности конденсата при температуре конденсации т.XXXIX[1]. Коэффициент теплоотдачи к кипящей в трубах жидкости определим по формуле где - коэффициент теплопроводности органической смеси, кипящей при температуре 79,
План
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Материальный баланс
2. Определение скорости пара и диаметра колонны
3. Определение высоты насадки
4. Гидравлическое сопротивление насадки
5. Расчет теплового баланса колонны
6. Расчет и подбор подогревателя сырья , дефлегматора и кипятильника