Технологическая схема ректификационной установки для разделения смеси вода – уксусная кислота. Физико-химические характеристики продукта. Определение скорости пара и диаметра колонны. Технологический расчет аппарата. Физические свойства уксусной кислоты.
При низкой оригинальности работы "Расчет ректификационной установки для разделения смеси вода – уксусная кислота", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
Ректификация - массообменный процесс, который осуществляется в большинстве случаев в противоточных колонных аппаратах с контактными элементами (насадки, тарелки), аналогичными используемыми в процессе абсорбции. 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. 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. Снизу вверх по колонне движутся пары, поступающие в нижнюю часть аппарата из кипятильника, который находится вне колонны, т. е. является выносным, либо размещается непосредственно под колонной. При выборе оптимальных условий работы ректификационной установки необходимо учитывать расход тепла и основные параметры (температуру и давление) теплоносителей - греющего пара и охлаждающей воды, а также требуемые размеры, как самой колонны, так и соединенных с ней теплообменных аппаратов (кипятильника, нагревателя исходной смеси, дефлегматора и холодильника паров).В установке для непрерывной ректификации колона состоит из двух частей: верхней - укрепляющей и нижней - исчерпывающей части колоны, для того, чтобы поступающая на разделение смесь соприкасалась со встречным потоком пара с большим содержанием высококипящего компонента в исходной смеси. В исчерпывающей части колоны происходит удаление низкокипящего компонента из стекающей вниз жидкости, в верхней части обогащение низкокипящим компонентом поднимающихся паров. На питательной тарелке жидкость смешивается с флегмой из укрепляющей части колонны и, стекая вниз, взаимодействует с поднимающимися навстречу паром, более богатым высококипящим компонентом, при этом из жидкости происходит удаление низкокипящего компонента. В нижнюю часть колонны стекает жидкость, состоящая почти целиком из высококипящего компонента, часть ее называется кубовым остатком и непрерывно отводится через холодильник кубовой жидкости 10 в емкость для кубовой жидкости 11.Вода в нормальных условиях сохраняет жидкое агрегатное состояние. Плотность: 0,9982 г/куб.см Термические свойства воды: Температура плавления: 0°CУксусная кислота представляет собой бесцветную жидкость с характерным резким запахом и кислым вкусом. Смешивается со многими растворителями; в уксусной кислоте хорошо растворимы неорганические соединения и газы, такие как HF, HCL, HBR, HI и другие. Существует в виде циклических и линейных димеров. Абсолютная уксусная кислота называется ледяной, ибо при замерзании образует льдовидную массу (см. изображение справа). Стандартная энергия Гиббса образования G0 (298 К, КДЖ/моль):-392,5 (ж)Материальный баланс всей ректификационной колонны может быть представлен двумя уравнениями: по всему продукту: ; по легколетучему компоненту: , где xf, XD, xw - молярные составы (мольные доли) низкокипящего компонента (НК) соответственно в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке. Для дальнейших расчетов необходимо концентрации исходной смеси, дистиллята и кубового остатка выразить в мольных долях. Питание: Дистилят: Кубовый остаток: где ХА - мольная доля низкокипящего компонента в жидкости; Кривая равновесия для системы вода-уксусная кислота была построена по значениям, указанным в таблице 1.Рассчитываем средние концентрации низкокипящего компонента в жидкости: ректификационный установка уксусная кислота а) верхней (укрепляющей) части колонны: ; = =0,86 б) нижней (исчерпывающей) части колонны: ; Средние концентрации пара находим по уравнениям рабочих линий: а) верхней (укрепляющей) части колонны: б) нижней (исчерпывающей) части колонны: Средние температуры пара определяем по диаграмме равновесия в координатах t-x,у для системы воды-уксусная кислота (рис. Принимаем среднюю плотность жидкости в колонне Определяем скорость пара в колонне по уравнению : ;Принимаем следующие размеры ситчатой тарелки: диаметр отверстий Площадь, занимаемая двумя сегментными переливными стаканами, составляет 20 % от общей площади тарелки. сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения; сопротивление парожидкостного слоя на тарелке. а) верхняя часть колонны Гидравлическое сопротивление сухой тарелки: где коэффициент сопротивления неорошаемых ситчатых тарелок со свободным сечением 7-10 %, - скорость пара в отверстиях тарелки, Сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяженияЧисло тарелок рассчитываем по уравнению: Для определения среднего КПД тарелок находим коэффициент относительной летучести разделяемых компонентов и динамический коэффициент вязкости исходной смеси при средней температуре в колонне. находим из уравнения: LGP=A-; Для определения строим график зависимости LGP от - по стандартным данным Р=760мм. рт.ст, Т=100 [8] Динамический коэффициент вя
План
Содержание
Перечень условных обозначений
Введение
Теоретическая часть
1.1Технологическая схема ректификационной установки
1.2Физико-химические характеристики продукта
1.2.1 Физические свойства воды
1.2.2.Физические свойства уксусной кислоты
1.3 Технологический расчет аппарата
1.3.1 Материальный баланс
1.3.2 Определение скорости пара и диаметра колонны
1.3.3 Гидравлический расчет тарелок
1.3.4 Определение числа тарелок и высоты колонны
1.3.5 Тепловой расчет установки
Заключение
Список литературы
Перечень условных обозначений b - ширина сливной перегородки, м;
lt - расстояние между переливными устройствами, м;
L - расход жидкой фазы, кг/с;
М - мольная масса, кг/кмоль;
MD - мольная масса дистиллята, кг/кмоль;
MF - мольная масса исходной смеси, кг/кмоль;
MW - мольная масса кубового остатка, кг/кмоль;
m - коэффициент распределения;
N -число теоретических ступеней разделения;
NO- общее число единиц переноса;
Р - абсолютное давление в колонне, кгс/см2;
q - удельный расход жидкости на 1 м ширины сливной перегородки,м2/с;
QD - расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде, Вт;
QF - расход теплоты в паровом подогревателе исходной смеси, Вт;
QW - расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике кубового остатка, Вт;
QK - расход теплоты, получаемой в кубе-испарителе от греющего пара, Вт;
QПОТ - тепловые потери колонны в окружающую среду, Вт;
R - флегмовое число;
RMIN - минимальное флегмовое число;
r - удельная теплота конденсации, Дж/кг;
RD - удельная теплота конденсации паров в дефлегматоре, Дж/кг;
S - площадь, м2;
T - температура, К;
t - температура, 0С;
TD - температура кипения дистиллята, 0С;
TF - температура кипения исходной смеси, 0С;
TW - температура кипения кубового остатка, 0С;
U - плотность орошения, м3/(м2*с);
? - мольный объем, м3/кмоль;
VB - объемный расход охлаждающей воды, м3/с;
w - рабочая скорость, м/с;
WЖ - скорость жидкости, м/с;
WП - скорость пара, м/с;
WП - предельная скорость паров, м/с;
Введение
Ректификация - массообменный процесс, который осуществляется в большинстве случаев в противоточных колонных аппаратах с контактными элементами (насадки, тарелки), аналогичными используемыми в процессе абсорбции. Поэтому методы подхода к расчету и проектированию ректификационных и абсорбционных установок имеют много общего.
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. Зачастую эти качества становятся превалирующими, определяющими пригодность той или иной конструкции для использования в каждом конкретном процессе.
Целью расчета массообменного аппарата является определение конструктивных размеров, т.е. высоты и диаметра колонны, гидромеханических и экономических показателей ее работы.
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.
Перегонку проводят путем постепенного испарения жидкости, находящейся в перегонном кубе. Образующиеся пары отводятся и конденсируются. Процесс осуществляют периодическим или непрерывным способом.
Если простая перегонка проводится периодически, то в ходе отгонки НК содержание его в кубовой жидкости уменьшается. Вместе с тем, изменяется во времени и состав дистиллята, который обедняется НК по мере протекания процесса. В связи с этим отбирают несколько фракций дистиллята, имеющих различный состав. Простая перегонка, проводимая с получением конечного продукта разного состава, называется фракционной, или дробной, перегонкой.
Процессы ректификации осуществляются периодически или непрерывно при различных давлениях: при атмосферном давлении, под вакуумом (для разделения смесей высококипящих веществ), а также под давлением больше атмосферного (для разделения смесей, являющихся газообразными при нормальных температурах).
Ректификационная колонна имеет цилиндрический корпус, внутри которого установлены контактные устройства в виде тарелок или насадки. Снизу вверх по колонне движутся пары, поступающие в нижнюю часть аппарата из кипятильника, который находится вне колонны, т. е. является выносным, либо размещается непосредственно под колонной. Следовательно, с помощью кипятильника создается восходящий поток пара.
При выборе оптимальных условий работы ректификационной установки необходимо учитывать расход тепла и основные параметры (температуру и давление) теплоносителей - греющего пара и охлаждающей воды, а также требуемые размеры, как самой колонны, так и соединенных с ней теплообменных аппаратов (кипятильника, нагревателя исходной смеси, дефлегматора и холодильника паров). Все эти факторы взаимосвязаны и зависят, в частности, от температуры и агрегатного состояния подаваемой на разделение смеси.
Исходная смесь может поступать в колонну не только в жидком, но и в парообразном состоянии или в виде смеси жидкости и пара. При прочих равных условиях: заданных составах дистиллята YD и остатка XW, давлении Р в колонне - подвод тепла в колонну минимален в случае подачи в нее жидкой исходной смеси, предварительно нагретой до температуры кипения TK на питающей тарелке.
Кипятильник или куб предназначен для превращения в пар части жидкости, стекающей из колонны, и подвода пара в ее нижнюю часть (под насадку или нижнюю тарелку). Кипятильники имеют поверхность нагрева в виде змеевика или представляют собой кожухотрубчатый теплообменник, встроенный в нижнюю часть колонны. Более удобны для ремонта и замены выносные кипятильники, которые устанавливают ниже колонны с тем, чтобы обеспечить естественную циркуляцию жидкости.
В периодически действующих колоннах куб является не только испарителем, но и емкостью для исходной смеси. Поэтому объем куба должен быть в 1,3-1,6 раза больше его единовременной загрузки (на одну операцию). Обогрев кипятильников наиболее часто производится водяным насыщенным паром.
Дефлегматор, предназначенный для конденсации паров и подачи орошения (флегмы) в колонну, представляет собой кожухотрубчатый теплообменник, в межтрубном пространстве которого обычно конденсируются пары, а в трубах движется охлаждающий агент (вода). Однако вопрос о направлении конденсирующихся паров и охлаждающего агента внутрь или снаружи труб следует решать в каждом конкретном случае, учитывая желательность повышения коэффициента теплопередачи и удобство очистки поверхности теплообмена. [11]
1. Теоретическая часть
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
