Описание схемы технологического процесса. Материальный баланс и уравнение рабочих линий. Определение скорости пара и диаметра колонны. Средние концентрации жидкости и гидравлический расчёт тарелок. Механический расчёт аппарата и расчет теплоизоляции.
Аннотация к работе
Спроектировать ректификационную установку в линии производства маннита. На ректификацию поступает Мс = 1,2 кг/с смеси этиловый спирт - вода.Ректификация представляет собой разделение смеси на составляющие ее компоненты в результате многократного частичного испарения жидкости и конденсация паров. Ректификация производится в колонных аппаратах, снабженных контактными устройствами (тарелками различной конструкции), либо заполненных насадкой, изготовленной из различных материалов (керамика, металл, дерево). Процесс взаимодействия пара с жидкостью происходит в противотоке, и в каждом контактном устройстве пары конденсируются, а жидкость частично испаряется за счет теплоты конденсации пара.Любая ректификационная установка состоит из колонной чисти, в которой расположены тарелки или насадка, и кипятильника (куба), представляющего собой кожухотрубчатый или змеевиковый теплообменник. Ректификационная установка непрерывного действия показана на рис.1. Исходная смесь, нагретая в подогревателе подается на тарелку питания ректификационной колонны и за счет теплоты, поступающей из кипятильника, разделяется в результате ректификации на дистиллят и кубовый остаток. Пары выходящие из колонны, конденсируются полностью или частично в дефлегматоре. 1 - сборники; 2 - подогреватель; 3 - ректификационная колонна; 4 - дефлегматор; 5 - разделительный сосуд; 6 - холодильники; 7 - насосы; 8 - кипятильник. вторая часть - дистиллят охлаждается в холодильнике и направляется в сборник.Исходная смесь из промежуточной емкости Е1, в которой контролируется уровень смеси, центробежным насосом Н1 (или Н2) по трубопроводу подается в теплообменник П, где подогревается до температуры кипения. Нагретая смесь поступает по трубопроводу, в котором контролируется расход и температура, на разделение в ректификационную колонну КР, где контролируется уровень и температура, на тарелку питания, где состав жидкости равен составу исходной смеси XF. Стекая снизу по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике К.Обозначим массовый расход дистиллята через GD (кг/с), кубового остатка через GW (кг/с). Из уравнений материального баланса (расчет ведем по источнику[1] стр. Для дальнейших расчетов выразим концентрации питания, дистиллята кубового остатка в мольных долях. 27 стр.282 [6] определяем состав кипящей водно-спиртовой жидкости и образующегося из нее пара и температуру кипения при атмосферном давлении Состав жидкости Температура кипения, °С Состав пара спирт, % масс, спирт, % мол. спирт, % масс. спирт, % мол.а) верхней (укрепляющей) части колонны: б) нижней (исчерпывающей) части колонны: Отложив на оси ординат 0,3 (из уравнения рабочей линии верхней части), находим точку В. Точку А получаем на диагонали, восстанавливая ординату от оси ОХ с концентрацией .а) в верхней части колонны:
б) в нижней части колонны:а) в верхней части колонны: б) в нижней части колонны:
3.2.3 Средние температуры пара определяем по диаграмме t - x, y а) при Уср?=0,49 тср?=84,8°С б) при Уср??=0,22тср??=93,6°СТемпература смеси вверху колонны при XD=0,64 равняется 79°С, а в кубе испарится (при XW=0,014) - t=96°С (по графику t - x, y). Принимаем среднюю плотность смеси в колонне: Определяем скорость пара в колонне по уравнению: ; (ф.По каталогу-справочнику «Колонные аппараты» берем D=600 ммПринимаем следующие размеры ситчатой тарелки - диаметр отверстий d0=4 мм, высота сливной перегородки hn=30 мм. Рассчитаем гидравлическое сопротивление тарелки в верхней и нижней части колонны по уравнению: а) верхняя часть колонны Сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения: где - поверхностное натяжение этилового спирта при 84,8°C и в верхней части колонны (табл. Находим ?h: Высота парожидкостного слоя на тарелке: Сопротивление парожидкостного слоя: Общее гидравлическое сопротивление тарелки в верхней части колонны: б) нижняя часть колонны: где - среднее поверхностное натяжение этилового спирта при и в верхней части колонны (табл. Находим высоту слоя над сливной перегородкой: Высота парожидкостного слоя на тарелке в нижней части колонны: Сопротивление парожидкостного слоя в нижней части колонны: Общее гидравлическое сопротивление тарелки в нижней части колонны: Проверим, соблюдается ли при расстоянии между тарелками h=0,5 м (по условию) необходимое для нормальной работы тарелок условие: Для тарелок верхней части колонны, у которых гидравлическое сопротивление ?p больше, чем у тарелок нижней части: Следовательно, данное условие соблюдается.Наносим рабочие линии на диаграмму y-x верхней и нижней части колонны и находим число ступеней изменения концентрации NT. Число тарелок рассчитываем по уравнению: где NT - число теоретических тарелок - ступеней изменения концентрации, которые находят графическим построением между линиями равновесия и рабочей на x-y диаграмме; Динамический коэффициент вязкости исходной смеси ? при средней температуре в колонне, равной ).
План
Содержание
Задание на курсовой проект
Введение
1. Обзор литературных источников
2. Описание схемы технологического процесса
3. Технологический расчет аппарата
3.1 Материальный баланс
3.1.1 Уравнение рабочих линий
3.2 Определение скорости пара и диаметра колонны
3.2.1 Средние концентрации жидкости
3.2.2 Средние концентрации пара находим по уравнениям рабочих линий
3.2.3 Средние температуры пара определяем по диаграмме t - x, y