Расчет тарельчатой ректификационной колонны непрерывного действия для разделения смеси метилового и этилового спирта. Технологическая схема установки. Материальный и тепловой баланс колонны, рабочее флегмовое число. Подбор насоса подачи исходной смеси.
Аннотация к работе
Ректификация, метанол, этанол, дистиллят, флегма, дефлегматор, ситчатая тарелка В пояснительной записке к курсовому проекту проводится расчет ректификационной установки непрерывного действия для разделения смеси метанол-этанол.Ректификация - массообменный процесс, который осуществляется в большинстве случаев в противоточных колоннах аппаратах с контактными элементами (насадки, тарелки), аналогичными используемыми в процессе абсорбции. Тем не менее ряд особенностей процесса ректификации (различное соотношение нагрузок по жидкости и пару в нижней и верхней частях колонны, переменные по высоте колонны физические свойства фаз и коэффициент распределения, совместное протекания процессов массо-и теплопереноса) осложняет его расчет. В наибольшей степени это относится к колоннам диаметром более 800 мм с насадками и тарелками, широко применяемым в химических производствах.Производительность колонны по дистилляту D и кубовому остатку W определим из уравнений материального баланса колонны: F = D W (1.1) где F, D и W - производительность колонны по исходному веществу, по дистилляту и по кубовому остатку соответственно, кг/с Пересчитаем составы фаз из массовых долей в мольные, по соотношению: (1.4) где xi - мольная доля легколетучего компонента в смеси Получим: кмоль/кмоль смеси кмоль/кмоль смеси кмоль/кмоль смеси Нагрузки ректификационной колонны по пару и жидкости определяются рабочим флегмовым числом R; его оптимальное значение Rопт можно найти путем технико-экономического расчета. концентрация легколетучего компонента в паре, находящемся в равновесии с исходной смесью, кмоль/кмоль смеси.Найдем плотности жидкости ?хв, ?хн и пара ?ув, ?ун в верхней и нижней частях колонны при средних температурах в них тв тн. Средние температуры жидкостей и паров определим по диаграмме t - x, y (рисунок 2, б) по средним составам фаз: тхв = 64,70С; тхн = 750С; тув = 68,6 0С; тун = 75,40С. В данном случае плотности жидких метилового и этилового спиртов близки, поэтому можно принять: ?хв = ?хн = ?х = 791 кг/м3 Вязкость жидких смесей находим по уравнению: (1.17) где и - вязкости жидких метилового и этилового спирта при температуре смеси, Па*с. Как правило, несмотря на разницу в рассчитанных диаметрах укрепляющей и исчерпывающей частей колонны (вследствие различия скоростей и расходов паров), изготовляют колонну единого диаметра, равного большему из рассчитанных.По каталогу для колонны диаметром 2000 мм выбираем ситчатую тарелку типа ТС-Р со следующими параметрами: Диаметр отверстий в тарелке d0 = 4 мм Шаг между отверстиями l = 8 ммВысоту светлого слоя жидкости для ситчатых тарелок находят по уравнению: (1.20) где q = - удельный расход жидкости на 1 м ширины сливной перегородки, м2/с; Для верхней части колонны: Для нижней части колонны: Необходимо определить вязкость паров и коэффициенты диффузии в жидкой и паровой фазах. Вязкость паров для верхней части колонны: где - вязкость паров метилового и этилового спиртов при средней температуре верхней части колонны, МПА*с; Коэффициенты диффузии в жидкости при 20 °С можно вычислить по приближенной формуле: (1.24) где А, В - коэффициенты, зависящие от свойств растворенного вещества и растворителя; Вычислим вязкость жидкости для верхней части колонны при температуре 20 °С: Тогда коэффициент диффузии в жидкости для верхней части колонны при 20 °С равен: = 4*10-9 м2/сЧисло действительных тарелок в колонне может быть определено графоаналитическим методом (построением кинетической линии). Коэффициент определяют по уравнению аддитивности фазовых диффузионных сопротивлений: (1.34) где и коэффициенты массоотдачи, отнесенные к единице рабочей площади тарелки соответственно для жидкой и паровой фаз, кмоль/(м2*с). Плотность орошения в верхних и нижних частях колонны определим по формулам: Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе для верхней части колонны: Коэффициент массоотдачи в паровой фазе: Аналогично для нижней части колонны: Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе: Коэффициент массоотдачи в паровой фазе: Пересчитаем коэффициенты массоотдачи на кмоль/м2*с для верхней части колонны: кмоль/м2*с кмоль/м2*с для нижней части колонны: кмоль/м2*с кмоль/м2*с Коэффициент массопередачи вычисляем по коэффициентам массоотдачи в нижней части колонны находим по уравнению (1.34): Общее число единиц переноса на тарелку , находим по уравнению (1.33): Локальная эффективность по уравнению (1.32) равна: Для определения эффективности по Мэрфи необходимо рассчитать также фактор массопередачи ?, долю баипасирующей жидкости ?, число ячеек полного перемешивания S и межтарельчатый уносе. Подставляя в уравнения вычисленные значения m, Ey, ?, S и Е, определяем к.п.д. по Мерфи : Зная эффективность по Мэрфи, можно определить концентрацию легколетучего компонента в паре на выходе из тарелки по соотношению: где и - концентрация соответственно легколетучего компонента в паре на входе в тарелку и равновесная с жидкостью на тарелке.
План
Содержание
Введение
Технологическая схема установки и ее описание
1. Расчет ректификационной колоны непрерывного действия
1.1 Материальный баланс колонны и рабочее флегмовое число
1.2 Определение скорости пара и диаметра колонны
1.3 Выбор типа тарелки
1.4 Высота светлого слоя жидкости на тарелке и паросодержание барботажного слоя