Расчет ректификационной колонны с клапанными тарелками - Курсовая работа

В данной работе приводится расчет ректификационной колонны с клапанными тарелками для разделения смеси уксусная кислота - вода.Ректификация - массообменный процесс, который осуществляется в большинстве случаев в противоточных колонных аппаратах с контактными элементами (насадки, тарелки), аналогичными используемым в процессе абсорбции. Большое разнообразие тарельчатых контактных устройств затрудняет выбор оптимальной конструкции тарелки. При этом наряду с общими требованиями (высокая интенсивность единицы объема аппарата, его стоимость и др.) ряд требований может определяться спецификой производства: большим интервалом устойчивой работы при изменении нагрузок по фазам, способностью тарелок работать в среде загрязненных жидкостей, возможностью защиты от коррозии. Оба параметра в значительной мере определяются гидродинамическим режимом работы колонны, который в свою очередь, зависит, от скорости и физических свойств фаз, а так же от типа и размеров тарелок. При расчете процессов ректификации составы жидкостей обычно задаются в массовых долях или процентах, а для практического расчета удобнее пользоваться составами жидкостей и пара, выраженными в мольных долях или процентах.Уравнения материального баланса ректификационной колонны непрерывного действия, учитывающее количество поступающих и уходящих потоков, имеет следующий вид: GF = GD GW (1) где GF - количество поступающей на разделение смеси, кг/с; Переведем мольные доли в массовые: Содержание низкокипящего компонента в питании вычисляют по формуле: (3) где XF - концентрация низкокипящего компонента в питании, мольные доли; Содержание низкокипящего компонента в дистилляте вычисляют по формуле: = 0,85 (4) где XD - концентрация низкокипящего компонента в дистилляте, мольные доли Содержание низкокипящего компонента в кубовом остатке вычисляют по формуле: (5) Для того, чтобы найти массовый расход питания ХА и массовый расход кубового остатка XW подставим исходные данные в уравнение (1) и в уравнение (2).Минимальное флегмовое число при условии, когда кривая равновесия выпуклая и не имеет впадин, можно рассчитать по формуле: , (6) где - мольная доля низкокипящего компонента в паре, равновесным с исходной смесью, определяется по диаграмме x-y. Определим содержание уксусная кислота в паре, равновесном с жидкостью питания YF, по кривой равновесия, представленной на рис. Оптимальное флегмовое число найдем из условия получения минимального объема колонны, пропорционального произведению nt(R 1), где nt - число ступеней изменения концентрации (теоретическое число тарелок). Расчет оптимального флегмового числа выполняем следующим образом: а) задаемся рядом значений коэффициента избытка флегмы ? в пределах от 1,1 до 5,0; определяем рабочее флегмовое число и величину отрезка б) откладываем отрезок В на оси ординат и проводим линии рабочих концентраций верхней и нижней частей колонны (прямые АВ1 и С1Д, АВ2 и С2Д и т.д.);По данным таблицы 1строим диаграмму t-x,y. По диаграмме, представленной на рисунке 4, определяем средние температуры: А) усрв = 0.9397 tcp = 100.1 OC Зная средние мольные, определяем массы и плотности пара: M’срв= кг/кмольОпределяем скорость пара в колонне по уравнению: Диаметр ректификационной колонны рассчитываем по формуле: мВысоту колонны определим графоаналитическим методом, т.е. последовательно рассчитываем коэффициенты массоотдачи, массопередачи, коэффициенты полезного действия тарелок; строим кинетическую кривую и определяем число действительных тарелок. Коэффициент массоотдачи в паровой фазе рассчитывают по формуле: , где Dп - коэффициент диффузии паров уксусной кислоты в парах воды, рассчитывается по формуле: , где Т - температура, К; р - абсолютное давление, кгс/см2; МА, МВ - мольные массы пара уксусной кислоты и воды; VA, VB - мольные объемы уксусной кислоты и воды, определяемые как сумма атомных объемов элементов, входящих в состав пара; , где Мср.п, МА, МВ-мольные массы пара и отдельных компонентов, кг/кмоль; ?ср.п,?А, ?В - соответствующие им динамические коэффициенты вязкости; УА, УВ - объемные доли компонентов смеси. Коэффициент диффузии пара в жидкости Dt связан с коэффициентом диффузии D20 следующей приближенной зависимостью: ; Коэффициент диффузии в жидкости при 20?С можно вычислить по приближенной формуле: где ?ж-динамический коэффициент вязкости жидкости, МПА?с; ?А, ?В - мольные объемы уксусной кислоты и воды;А и В - коэффициенты, зависящие от свойств растворенного вещества и растворителя; МА, МВ - мольные массы растворенного вещества и растворителя.Для клапанных тарелок величину общего сопротивления ?Р, Па, можно определить по уравнению где ? - коэффициент сопротивления тарелки: для клапанных тарелок ?=3,63; ?оп - скорость пара в рабочем сечении колонны, м/с. Тогда гидравлическое сопротивление сухой тарелки рассчитывается по формуле: = = 1,75 = 66 Па. Сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения: = = 6,2 Па. Принимаем отношение плотности парожидкостного слоя (пены) на тарелке к плотности жидкости = 0,5.

Содержание

Введение

1. Принципиальная технологическая схема и ее описание

2. Технологический расчет

2.1 Материальный баланс

2.2 Расчет флегмового числа

2.3 Определение средних концентраций низкокипящего компонента в жидкости и паре, определение средних температур жидкости и пара по высоте колонны

2.4 Определение скорости пара и диаметра в колонне

2.5 Определение высоты колонны

3. Гидравлический расчет колонны

4. Тепловой расчет ректификационной колонны

4.1 Расчет тепловой изоляции колонны

5. Расчет вспомогательного оборудования

5.1 Кипятильник (куб - испаритель)

5.1.1 Определение коэффициента теплопередачи

5.2 Дефлегматор

5.3 Холодильник для дистиллята

5.4 Холодильник для кубового остатка

5.5 Подогреватель

Заключение

Список использованной литературы