Расчет и проектирование ректификационной установки непрерывного действия для разделения бинарной смеси: бутан-пентан - Курсовая работа

Процесс ректификации основан на том, что в условиях равновесия системы пар - жидкость паровая фаза содержит больше низкокипящих компонентов, а жидкая - больше высококипящих компонентов. Процесс ректификации осуществляется в противоточных аппаратах - колоннах: пары перегоняемой жидкости протекают снизу вверх, а навстречу парам сверху вниз протекает жидкость, подаваемая в верхнюю часть колонны. Между жидкой и паровой фазами возникает массообмен, вследствие которого пары по мере их продвижения по колонне обогащаются легколетучим компонентом, а жидкость - менее летучим компонентом. В конечном итоге пар, выходящий из верхней части колонны, представляет собой более или менее чистый легколетучий компонент, конденсация которого дает готовый продукт - дистиллят, а из нижней части колонны вытекает сравнительно чистый менее летучий компонент, так называемый кубовый остаток, который, так же как и дистиллят, может быть конечным продуктом перегонки. Ректификация осуществляется, как и всякий диффузионный процесс, в противотоке пара и жидкости, что обеспечивает различие температур и неравновесность составов встречных потоков.Массовый расход получаемых дистиллята Р и кубового OCTATKAW0 определяем из уравнений общего материального баланса колонны по НКК: Найдем массовый расход бутана и пентана в дистилляте и кубовом остатке по формулам (4), (5), (6) [1, стр. Проверка: Также находим мольные расходы бутана и пентана в сырье, дистилляте и кубовом остатке по формулам (7), (8), (9) [1, стр. Проверка: Мольные доли НКК и ВКК в сырье, дистилляте и кубовом остатке определяем по формулам (10), (11), (12) [1, стр. Массовый расход G (кг/ч) Массовая доля x Мольный расход N (кмоль/ч) Мольная доля X Массовый расход G (кг/ч) Массовая доля x Мольный расход N (кмоль/ч) Мольная доля X Массовый расход G (кг/ч) Массовая доля x Мольный расход N (кмоль/ч) Мольная доля XДля бинарных смесей, подчиняющихся закону Рауля, диаграмму фазового равновесия в координатах y-x строем по следующему алгоритму. Температурный интервал выкипания разделяемой смеси определяется как разность температур кипения чистого низкокипящего тнкк и чистого высококипящего твкк компонентов при заданном давлении в системе П. В этом интервале температур от тнкк до твкк принимаем ряд значений температур; для каждой температуры определяются значения давления насыщенных паров компонентов Pi.Флегмовое число представляет собой отношение расхода флегмы, подаваемой на орошение колонны, к расходу получаемого дистиллята. Определяем минимальное флегмовое число по формуле (24). где Y*F - мольная концентрация НКК в паре, равновесном с жидкостью питания; YD - мольная концентрация НКК в дистилляте, если в дефлегматоре конденсируется весь пар, YD=XD; XF-мольная концентрация НКК в сырье. Для этого принимаем несколько значений коэффициента избытка флегмы ?, для каждого из них вычисляем флегмовые числа, на диаграмму y-x (рис. Расчет Rопт и полученные данные приведены в таблице 3.Сырье поступает в колонну без доли отгона е = 0. Паровой поток, вносимый в колонну сырьем: 2. Массовый расход пара в верхней части колонны: Паровой поток, поступающий в верхнюю часть колонны такой же, как и массовый расход пара в верхней части колонны т.к. молярные теплоты испарения разделяемых компонентов близки по значению. Паровой поток, поступающий в зону питания из нижней части колонны: 5.Методика расчета представлена в [1, стр. Напишем уравнение теплового баланса колонны: где Qk-тепловой поток, передаваемый теплоносителем в кипятильнике испаряющейся жидкости; Qg-тепловой поток, передаваемый в дефлегматоре хладагенту при конденсации и охлаждении флегмы и дистиллята; ID, IWO, IF - энтальпия жидких дистиллята, кубового остатка и сырья. подставив значение энтальпии в уравнение получим: Находим значения теплоемкости при температурах TF, TD и TWO и теплоты парообразования при TD по для бутана [2, стр.При ректификации бинарных систем количество флегмы, стекающей с тарелок верхней части колонны, определяем в зависимости от принятого флегмового числа [3, стр.Диаметр колонны определяется по максимально допустимой скорости газа. Определим максимальную скорость газа в верхней части колонны по уравнению (2.2) [4, стр. 18]: Верхняя часть колонны: Принимаем расстояние между колпачково - капсульными тарелками HT = 0,4 м; величину Cmax определяем по формуле (2.3) [4, стр.Высота сливного порога на колпачковых тарелках: (8.10) [4, стр.224] По расчетным величинам DB и DH выбираем ближайшее значение диаметра D из нормального ряда диаметров колонн по ГОСТ 9617-76, которое используем для дальнейших расчетов, D = 2 м. После определения диаметра колонны уточняем фактическую скорость пара в колонне по уравнению [1, стр. 230] и ОСТ 2601 - 66 - 86 выбираем колпачковую тарелку ТКП однопоточная для D = 2 м. Тарелка имеет следующие параметры: Тип тарелки ТКС-Р однопоточнаяОбщее сопротивление тарелки с переливным устройством рассчитываем по уравнению: где ?PC - сопротивление сухой тарелки, Па; ?PЖ - сопротивление слоя жидкости на тарелке, Па. Сопроти

Содержание

Введение

1. Материальный баланс колонны

1.1 Построение диаграммы фазового равновесия

1.2 Определение числа теоретических тарелок колонны

1.3 Определение расхода пара и флегмы в колонне

2. Тепловой баланс

2.1 Внутренние материальные потоки

3. Гидравлический расчет

3.1 Диаметр колонны

3.2 Расчет параметров тарелок

3.3 Гидравлическое сопротивление тарелки

3.4 Расчет переливного устройства

3.5 Определение действительного числа тарелок

4. Определение диаметра штуцеров

5. Определение толщины тепловой изоляции

6. Толщина обечайки

7. Толщина днища

8. Определение площади поверхности кипятильника и дефлегматора

9. Выбор КИП и узлов автоматики

Список литературы

колонна ректификационный кипятильник дефлегматор

Ректификация - физический процесс разделения жидких смесей на практически чистые компоненты или фракции, различающиеся температурой кипения.

Различают смеси из двух компонентов (бинарные), многокомпонентные и сложные (непрерывные). К сложным смесям относят нефть и ее фракции.

Процесс ректификации основан на том, что в условиях равновесия системы пар - жидкость паровая фаза содержит больше низкокипящих компонентов, а жидкая - больше высококипящих компонентов. Ректификацию осуществляют путем противоточного многократного контактирования неравновесных фаз - более нагретой паровой фазы и жидкой фазы с меньшей температурой. При контактировании фаз протекает процесс тепломассообмена.

Процесс ректификации осуществляется в противоточных аппаратах - колоннах: пары перегоняемой жидкости протекают снизу вверх, а навстречу парам сверху вниз протекает жидкость, подаваемая в верхнюю часть колонны. Между жидкой и паровой фазами возникает массообмен, вследствие которого пары по мере их продвижения по колонне обогащаются легколетучим компонентом, а жидкость - менее летучим компонентом. В конечном итоге пар, выходящий из верхней части колонны, представляет собой более или менее чистый легколетучий компонент, конденсация которого дает готовый продукт - дистиллят, а из нижней части колонны вытекает сравнительно чистый менее летучий компонент, так называемый кубовый остаток, который, так же как и дистиллят, может быть конечным продуктом перегонки.

Ректификация осуществляется, как и всякий диффузионный процесс, в противотоке пара и жидкости, что обеспечивает различие температур и неравновесность составов встречных потоков. Жидкое орошение при ректификации паров создается путем конденсации части парового потока в верхней части колонны, а паровое орошение при ректификации жидкости путем испарения части жидкости в нижней части колонны.

Процессы ректификации осуществляются периодически или непрерывно при различных давлениях: при атмосферном давлении, под вакуумом (для разделения смесей высококипящих веществ), а также под давлением больше атмосферного (для разделения смесей, являющихся газообразными при нормальных температурах).

Непрерывная ректификация не может применяться в малотоннажных производствах изза трудностей подачи, измерения и регулирования малых потоков и невозможности использования нормализованных колонн и теплообменников. Периодическая ректификация свободна от этих недостатков, но требует постоянного контроля качества дистиллята и эффективного управления процессом.

Непрерывная ректификация многокомпонентных смесей осуществляется в установках, состоящих из ряда ректификационных колонн непрерывного действия, соединение которых в общую схему может быть различным. Каждая из колонн разделяет поступающую в нее смесь на два продукта, один из которых - дистиллят, а второй - кубовый остаток. Поэтому при наличии хотя бы трех компонентов в исходной смеси их разделение на три продукта происходит в двух колоннах.

Для непрерывной ректификации смесь, подлежащую разделению, вводят сбоку в центральную часть колонны. В таких колоннах верхняя часть называется укрепляющей, а нижняя - исчерпывающей. В результате работы колонны в сосуде, соединенном с нижней частью колонны, собирается жидкость, обогащенная высококипящим компонентом, а в дистиллят переходит низкокипящий компонент. Определение эффективности таких колонн, а также границы между укрепляющей и исчерпывающей частями для ректифицируемой смеси данного состава осуществляется аналогично тому, как и для колонн периодического действия.

Ректификационные тарелки расположены горизонтально на определенном расстоянии друг от друга и служат для создания лучшего контакта между парами, идущими снизу вверх, и жидкостью, передвигающейся сверху вниз.

Число ректификационных тарелок в колонне в основном зависит от следующих факторов: требуемой четкости ректификации; разности температур кипения разделяемых фракций; количества подаваемого в колонну орошения.

Ректификационные тарелки предназначены для создания тесного контакта между парами и жидкостью в процессе ректификации. Применяют в основном желобчатые, колпачковые, S-образные и клапанные тарелки, реже - ситчатые.

Колпачковые тарелки можно изготовлять из чугуна, меди, керамики, углеграфита, пластмасс и др.

Тарелка работает следующим образом. Поступающая жидкость заполняет тарелку на высоту, определяемую сливной перегородкой, при этом прорези колпачков должны быть погружены в жидкость. Пар проходит через паровые патрубки, щели колпачков и барботирует сквозь слой жидкости. Газ и жидкость взаимодействуют в перекрестном токе: жидкость движется по тарелке от переливного кармана к сливной перегородке и далее на расположенную ниже тарелку, а газ - вверх по оси колонны.

Тарелки с капсульными колпачками имеют относительно высокий КПД (0,75-0,80) и работают в широком диапазоне производительностей по газу. Их можно использовать при нестабильных нагрузках по жидкости и пару. Для этих тарелок F ? 1 (м/с) (кг/м3)-0.5, а гидравлическое сопротивление, зависящее от глубины погружения колпачка, не превышает 1 КПА.

К недостаткам этих тарелок следует прежде всего отнести значительные металлоемкость и трудоемкость изготовления.