Построение диаграмм фазового равновесия и кривых изобар. Определение флегмового числа и числа теоретических тарелок. Определение внутренних материальных потоков в ректификационной колонне. Гидравлический расчёт колонны. Материальный баланс колонны.
Аннотация к работе
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» «Расчет ректификационной колонны непрерывного действия для разделения бинарной смеси этиловый спирт - бутиловый спирт»Физическая сущность процесса ректификации заключается в двухстороннем массо-и теплообмене между неравновесными потоками пара и жидкости при высокой турбулизации поверхности контактирующих фаз. Ректификация осуществляется, как и всякий диффузионный процесс, в противотоке пара и жидкости, что обеспечивает различие температур и неравновесность составов встречных потоков. При ступенчатом осуществлении процесса ректификации в колонных аппаратах контакт пара и жидкости может происходить в противотоке (на тарелках провального типа), в перекрестном токе (на колпачковых тарелках), в прямотоке (струйные тарелки). Если процесс ректификации осуществляется непрерывно во всем объеме колонного аппарата, то контакт пара и жидкости при движении обеих фаз может происходить в противотоке (на тарелках провального типа), в перекрестном токе (на колпачковых тарелках), в прямотоке (струйные тарелки). В работающей ректификационной колонне через каждую тарелку проходят четыре потока: жидкость - флегма, стекающая с вышележащей тарелки; пары, поступающие с нижележащей тарелки; жидкость - флегма, уходящая на нижележащую тарелку; пары, поднимающиеся на вышележащую тарелку.Сырье (смесь): этиловый спирт - бутиловый спирт Сырье подается с долей отгона е = 0,5 Целью расчета колонны при заданной производительности и четкости разделения является определение технологического режима, основных размеров аппарата и его внутренних устройств. Технологический режим колонны определяется рабочим давлением в аппарате, температурами всех внешних потоков, удельным расходом тепла на частичное испарение остатка, холода на конденсацию паров в верхней части колонны и флегмовым числом.Из уравнений материального баланса колонны по потокам и низкокипящему компоненту (НКК) определяются массовые расходы получаемых дистиллята D и кубового остатка W. Чем выше принимаемое давление, тем больше должна быть и температура в колонне, так как с повышением давления увеличиваются температуры кипения и конденсации разделяемых смесей.В случае ректификации бинарных смесей для расчета числа теоретических тарелок широко используется графический метод, известный в литературе как метод Мак - Кеба и Тиле (диаграмма y - x). Диаграмма кривых изобар позволяет легко определить температуры внешних потоков ректификационной колонны. Кривые равновесия и изобары строятся в пределах температур кипения низкокипящего и высококипящего компонентов при принятом давлении в колонне. Температура паров дистиллята с верхней тарелки TD=83OC определена из диаграммы t - x,y по верхней кривой (изобара пара), а температура жидкого остатка TW=111,5OC - по нижней кривой (изобара жидкости). Температура ввода сырья в колонну (TL) при известной доле отгона (е) можно определить при помощи графиков y - x и t - x,y.Флегмовое число или отношение количества горячего орошения к количеству дистиллята, вместе с числом тарелок является основным параметром, определяющим заданное разделение в процессе ректификации. При увеличении флегмового числа необходимое число тарелок уменьшается, и наоборот. Предельные значения флегмового числа (R=Rmin и R=?) определяют характерные условия разделения. Минимальное флегмовое число при разделении бинарных смесей определяется по уравнению: , где YD - содержание НКК в дистилляте; Через точку С, лежащую на диагонали диаграммы у - х проводим рабочую линию верхней части колонны с тангенсом угла наклона до пересечения с линией питания (точка D).Тепловой баланс колонны составляется с целью определения необходимых затрат тепла и холода. Уравнение теплового баланса для этого случая имеет следующий вид: , где L,D,W - массовые расходы сырья, дистиллята и остатка, кг/с; В случае холодного острого орошения, тепло, отводимое в конденсаторе - холодильнике определяется из уравнения теплового баланса верхней части колонны, включающей конденсатор - холодильник и верхнюю тарелку колонны, по уравнению: , где RD - теплота испарения (конденсации) паров верха колонны, КДЖ/кг; В любом сечении колонны мы имеем смесь компонентов, теплофизические свойства которой зависят от состава смеси и ее температуры и определяются по правилу аддитивности. , Теплофизические свойства этилового, бутилового спиртов и их смесей, необходимые для расчета теплового баланса колонны, представлены в таблице 1.2Количество холодного орошения (Ох) определяется по уравнению: , где - тепло орошения, КВТ; В качестве теплоносителя в кипятильнике колонны принимаем насыщенный водяной пар с абсолютным давлением 3 атм.
План
Оглавление
Введение
1. Исходные данные
2. Технологический расчет
2.1 Материальный баланс колонны
2.3 Построение диаграмм фазового равновесия и кривых изобар
2.4 Определение флегмового числа и числа теоретических тарелок
2.5 Тепловой баланс колонны
2.6 Определение внутренних материальных потоков в ректификационной колонне.