Расчет ректификационной колонны - Курсовая работа

Аппарат предназначен для разделения смеси уксусная кислота - вода концентрацией 10% (масс). Греющий пар имеет давление Р=3атм. При изготовлении, испытания и поставки аппарата должны выполняться требования: А) ГОСТ 12.2.003-74 "Оборудование производственное. Материал тарелок или частей колонны, соприкасающимися с разделяемыми жидкостями или их парами, из стали Х18НЮТ ГОСТ 5949-75, остальные элементы колонны из стали ВСТ Зсп. Аппарат испытать на прочность и плотность гидравлически: А) в горизонтальном положении - давлением 0,2 Мпа;При каждом контакте и жидкости испаряется преимущественно низкокипящий компонент, которым обогащаются пары из паров конденсируется преимущественно высококипящий компонент, переходящий в жидкости. Эти пары после конденсации в отдельном аппарате дают дистиллят (ректификат) и флегму - жидкость, возвращаемую для орошения колонны и взаимодействия с поднимающимися нарами. Кипятильник или куб, предназначен для превращения в пар части жидкости, стекающей из колонны, и подвода пара в ее нижнюю часть (под насадки или нижнюю тарелку). В случае частичной конденсации паров дефлегматоре его располагают непосредственно над, колонной, чтобы обеспечить большую компактность установки, либо вне колонны (рис 2). В случае полной конденсации паров в дефлегматоре его устанавливают выше колонны, непосредственно на колонне или ниже верха колонны для того, чтобы уменьшить общую высоту установки.Для того, чтобы найти массовый расход дистиллята XD и массовый расход кубового остатка XW подставим исходные данные в уравнение (1) и в уравнение (2). 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: (4) где XD - концентрация низкокипящего компонента в дистилляте, мольные доли Содержание низкокипящего компонента в кубовом остатке вычисляют по формуле: (5) где XW - концентрация низкокипящего компонента в кубовом остатке, мольные доли. Подставим в формулу(3), в формулу (4) и в формулу (5) исходные данные и найдем содержание уксусной кислоты в смеси (питании), в дистилляте и в кубовом остатке.По данным таблицы 1строим диаграмму t-x,y. По диаграмме, представленной на рисунке 2, определяем средние температуры: А) усрв = 0.9397 tcp = 100.1 OC Зная средние мольные, определяем массы и плотности пара: M’срв= кг/кмоль Принимаем среднюю плотность жидкости в колонне: Определяем скорость пара в колонне по уравнению: Диаметр ректификационной колонны рассчитываем по формуле: м мРассчитаем гидравлическое сопротивление тарелки в верхней части и в нижней части колонны по уравнению: где ?pсух - сопротивление сухой тарелки; Сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения: где - поверхностное натяжение жидкости при средней температуре в верхней части колонны 100 °С; d0 = 0-004 м - диаметр отверстий тарелки. Сопротивление парожидкостного слоя на тарелке: где отношение плотности парожидкостного слоя (пены) к плотности жидкости, принимаемое приближенно равным 0.5. hпж - высота парожидкостного слоя (пены) вычисляется по формуле: где ?h высота слоя над сливной перегородкой рассчитывается по формуле: где объемный расход жидкости, П - периметр сливной перегородки. Найдем ширину переливного порога b: Находим ?h: Высота парожидкостного слоя на тарелке: Сопротивление парожидкостного слоя на тарелке: Общее гидравлическое сопротивление тарелки в верхней части колонны: Б) в нижней (исчерпывающей) части колонны: Гидравлическое сопротивление сухой тарелки: Сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения: где поверхностное натяжение жидкости при =100°С. Высота слоя над сливной перегородкой: Высота парожидкостного слоя на тарелке: Сопротивление парожидкостного слоя на тарелке: Общее гидравлическое сопротивление тарелки в нижней части колонны: Проверим, соблюдается ли при расстоянии между тарелками h = 0.5 м необходимое условие для нормальной работы тарелок: >Число тарелок рассчитывается по уравнению: где ? =средний К.П.Д. тарелок 323] находим значение .Длина пути жидкости на тарелке: По графику [рис. 324] находим значение поправки на длину пути ?=0.2375 Средний К.П.Д. тарелок находим по уравнению: Число тарелок определяем аналитическим методом, используя табличный процессор Excel. Система уравнений позволяющая определить число тарелок, а также составы пара и жидкости, покидающих каждую из тарелок, включает в себя уравнение равновесия где ? коэффициент относительной летучести разделяемых компонентов: уравнения рабочих линий для верхней части колонны для нижней части колонны выражение для коэффициента обогащения . Примем, что коэффициент летучести постоянен, коэффициент обогащения постоянен, куб-испаритель не обладает разделяющим действием, выходящий из него пар имеет тот же состав, что и кубовый остаток.Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре-конденсаторе, находим по уравнению: Здесь где и - удельные теплоты конденсации воды и уксусной кисло

Содержание

1. Задание на проектирование

2. Теоретическая часть

3. Схема ректификационной колонны

4. Расчет ректификационной колонны

4.1 Материальный баланс. Уравнения рабочих линий

4.2 Определение скорости пара и диаметра колонны

4.3 Гидравлический расчет тарелок

4.4 Определение числа тарелок и высоты колонны

4.5 Тепловой расчет установки

Вывод

Список использованных источников

1. Задание на проектирование