Технологические и конструкторские расчеты основных параметров ректификационной колонны: составление материального баланса, расчет давления в колонне; построение диаграммы фазового равновесия. Определение линейной скорости паров, тепловой баланс колонны.
Аннотация к работе
Для разделения смесей жидкостей и газовых смесей в промышленности применяют способ простой перегонки (дистилляции), перегонки под вакуумом и с водяным паром, молекулярной перегонки и ректификации. Процесс ректификации осуществляется в ректификационной установке, включающей ректификационную колонну, состоящую из нижней части, в которой происходит удаление легко-летучего компонента, из стекающей вниз жидкости, и верхней (укрепляющей) части, в которой происходит удаление легко-летучего компонента, его насыщение, дефлегматор (обычно представляет собой кожухотрубчатый теплообменник).Массовые расходы дистиллята G и кубового остатка G определяются соответственно по формулам: G = G ,(1) После определения массового расхода дистиллята G и кубовой жидкости G находится массовый расход каждого компонента в дистилляте G и кубовом продукте G , мольный расход компонентов в продуктах разделения смеси N и N , а также мольный состав получаемых дистиллята и остатка . Массовые расходы этанола и воды в сырье, дистилляте и кубовом продукте определяются соответственно по формулам: G = G ,(3) Мольные расходы этанола и воды в сырье, дистилляте и кубовом продукте рассчитываются по формулам: N = ,(6)В данном курсовом проекте в верхнем продукте содержится 77,7% (мольных долей) этанола, поэтому температура кипения такой смеси будет незначительно отличаться от температуры кипения чистого этанола, которая при атмосферном давлении составляет 78,3ОС. В то же время температура кипения смеси в кубе колонны не может значительно отличатся от температуры кипения воды, так как содержание воды в кубовом продукте составляет 98% (мольных долей). Поскольку при давлении в колонне, близком к атмосферному, обеспечиваются приемлемые значения температур верха и куба колонны, целесообразно принять давление на верху колонны несколько больше атмосферного для преодоления гидравлических сопротивлений в шлемовой трубе и дефлегматоре. Принимаем давление верха колонны = 115 КПА; число реальных тарелок в верхней части колонны n=10, в нижней части колонны-m=3; гидравлическое сопротивление тарелок в верхней части = 350 Па, в нижней части = 540 Па. Давление в верху и в низу колонны отличаются от давления в зоне питания незначительно, поэтому по изобарным температурным кривым кипения и конденсации с достаточной точностью можно определить температуры в зоне питания t , на верху t и в кубе t колонны (приложение В рисунок В.1).Для бинарных смесей минимальное флегмовое число определяется по формуле: R = ,(14) где y F - мольная концентрация НКК в паре, равновесном с жидкостью питания; Ориентировочно оптимальное флегмовое число можно определить как минимум функции ?(R) (приложение Г рисунок Г.1). Функция ?(R) определяется соотношением ?(R) = n (R 1),(16) где n - число теоретических тарелок в колонне. На рисунке Г.1 приложения Г видно, что минимуму функции ?(R) соответствует точка А, абсцисса которой и определяет значение оптимального флегмового числа R = 2,69. Уравнение рабочей линии нижней части колонны СД определяется по формуле: ун = х ,(18) где ? = - относительный (на 1 кмоль дистиллята) мольный расход сырья;Принимаем температуру холодного испаряющегося орошения t =400С. Тепловой поток, отводимый водой в дефлегматоре, рассчитывается по формуле: ,(27) при этом средние значения удельной теплоты испарения RD и удельной теплоемкости CD находятся по правилу аддитивности: r = = 965,46 КДЖ/кг; (28) с = = 3,31 КДЖ/(кг•К); (29) С учетом тепловых потерь, принятых равными 4% от полезно используемого расхода теплоты, тепловой поток в кипятильнике рассчитывается по формуле: Q = ;(34) В качестве теплоносителя в кипятильнике колонны принимаем насыщенный водяной пар с абсолютным давлением 0,294 МПА (3 атм) и степенью сухости =95%. Расход водяного пара G в кипятильнике колонны рассчитывается по формуле: Gt = ,(35) где I , I - начальная и конечная энтальпия теплоносителя в кипятильнике соответственно.Гидравлический расчет ректификации колонны включает: 1. выбор типа и конструкции контактного устройства (тарелки или насадки); 6. определение эффективности контактных устройств, включающее расчет числа реальных тарелок и общей высоты колонны.Средние мольная и массовая концентрации НКК в флегме нижней части колонны: = = 0,054; Средние мольные концентрации низкокипящего компонента в паре находятся по уравнениям рабочих линий колонны (17)-(18): - для верхней части колонны: у = = 0,550; Средние температуры пара в концентрационной ТВ и отгонной ТН частях колонны определяются для средних концентраций пара УВ и УН по изобарным температурным кривым кипения и конденсации смеси этанол - вода (приложение В рисунок В.1): t = 82,3 0С; ТН = 91,2 0С. Максимально допустимая линейная скорость пара в верхней и нижней частях колонны определяются по уравнению (40). Диаметр колонны в верхней D и нижней D частях рассчитывается по формуле: D = (41) где V - объемный расход паровой фазы в колонне.Тогда гидравлическое сопротивление сухой тарелки рассчитывается по формуле: = = 1,75 = 66 Па.(43) Сопротивление, обусловл
План
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. Расчет ректификационной колонны
1.1 Составление материального баланса
1.2 Определение давления в колонне
1.3 Построение диаграммы фазового равновесия
1.4 Определение числа теоретических тарелок
1.5 Определение расхода пара и флегмы
1.6 Тепловой баланс колонны
1.7 Гидравлический расчет
1.7.1 Определение линейной скорости паров
1.7.2 Расчет верхней части колонны
1.7.3 Расчет нижней части колонны
1.7.4 Расчет скорости пара
1.7.5 Расчет величины брызгоуноса
1.7.6 Определение реального числа тарелок
1.7.7 Определение высоты колонны
1.8 Определение диаметров штуцеров
1.9 Определение толщины тепловой изоляции
1.10 Определение площади поверхности теплопередачи кипятильника и дефлегматора