Ректификационная колонна - Курсовая работа

В химической технологии широко распространены и имеют важное значение процессы массопередачи, характеризуемые переходом одного или нескольких веществ из одной фазы в другую. Путем переноса одного или более компонентов из фазы в фазу можно разделять как гетерогенные, так и гомогенные системы (газовые смеси, жидкие растворы и др.), причем наиболее часто процессы массопередачи используют для разделения гомогенных систем. Простая перегонка представляет собой процесс однократного частичного испарения жидкой смеси и конденсации образующихся паров. Ректификация представляет собой процесс многократного частичного испарения жидкости и конденсации паров. Процесс осуществляется путем контакта потоков пара и жидкости, имеющих различную температуру, и проводится обычно в колонных аппаратах.Исходная смесь поступает в накопительную емкость Е1, необходимую для равномерного питания ректификационной колонны РК. Насосом Н1 смесь подается на питающую тарелку в РК, проходя через теплообменник - подогреватель П. В подогревателе исходной смеси, смесь подогревается до температуры кипения, за счет подачи в межтрубное пространство греющего пара. Поступающая в РК при температуре кипения исходная смесь, стекает по тарелкам в нижнюю часть колонны. На каждой ступени (тарелке), происходит взаимодействие жидкости стекающей вниз и паров поднимающихся вверх по колонне, при этом из паров конденсируется высококипящий компонент (ВК), а из жидкости испаряется низкокипящий компонент (НК).Задание: Рассчитать и спроектировать тарельчатую ректификационную колонну непрерывного действия для разделения бинарной смеси. Исходная смесь подается при температуре кипения.1) Производительность колонны по дистилляту Р и кубовому остатку W определим из уравнений материального баланса колонны: [1,с.228,ф.6.1] 2) Переводим массовые концентрации в мольные доли: кмоль/кмоль смеси [1,с.228,ф.6.3] кмоль/кмоль смеси [1,с.228,ф.6.3] кмоль/кмоль смеси [1,с.228,ф.6.3] Данные по парожидкостному равновесию для системы метанол-вода при нормальном давлении x, кмоль/кмоль смеси y, кмоль/кмоль смеси T, °C На диаграммах отложим значения В, затем построим рабочие линии укрепляющей и исчерпывающей части колонны и нанесем линии обозначающие теоретические тарелки. 7) Средние массовые расходы по жидкости для верхней и нижней частей колонны определяют из соотношений: [1,с.226,ф.6.4]1) Предельная скорость пара для ситчатых тарелок определяется по формуле: с = 0,058 при расстоянии между тарелками 400мм [2, c.314, рис.7.2]. Определяем средние температуры паров и жидкости по данным равновесия Плотность жидкости и пара в верхней и нижней частях колонны при средних температурах в них: При средней температуре верхней части 72°С плотности жидкого метанола и воды соответственно равны 749 кг/м3 и 977 кг/м3 [2,с.495,т.IV] При средней температуре нижней части 87,5°С плотности жидкого метанола и воды соответственно равны 727 кг/м3 и 966 кг/м3 [2,с.495,т.IV] Выберем стандартный диаметр обечайки колонны: [1,c.197] d = 0,8 м.Для ситчатых тарелок высоту слоя жидкости h0 находим по формуле для верхней части колонны: [1,с.239,ф.6.39] удельный расход жидкости на 1 метр ширины сливной перегородки в верхней части колонны; удельный расход жидкости на 1 метр ширины сливной перегородки в нижней части колонны;Вязкости метилового спирта и воды взяты при 20°С [2, с.499,т.IX]. Коэффициент диффузии в жидкости для нижней части колонны: Коэффициент диффузии паров в верхней части колонны: Коэффициент диффузии паров в нижней части колонны: Коэффициент вязкости паров в верхней части колонны: [1,с.234,ф.6.21]Коэффициент массопередачи в жидкости для верхней части колонны: Коэффициент массопередачи в жидкости для нижней части колонны: Коэффициент массопередачи в паровой фазе для верхней части колонны: Коэффициент массопередачи в паровой фазе для нижней части колонны: Переводим полученные коэффициенты массопередачи в нужную размерность на : Расчет КПД методом Мерфи. Коэффициент массопередачи: Общее число единиц переноса на тарелку: Локальная эффективность: Фактор массопередачи: Доля байпасирующей жидкости: При факторе скорости Число ячеек полного перемешивания: здесь L = 0,30м - длина пути жидкости соответствующей одной ячейке перемешивания. Коэффициент m, который влияет на унос жидкости с тарелки: а) верхняя часть колонны: б) нижняя часть колонны: Аналогичные расчеты проводим и для других точек результаты сводим в таблицу.Диаметр штуцера для ввода исходной смеси: , принимаем 50 мм, Здесь - скорость потока жидкости при подачи насосом [3, c.16], Диаметр штуцера для вывода паров из колонны: , принимаем 300 мм, - расход паров; Диаметр штуцера для ввода флегмы: , принимаем 50 мм, - расход флегмы;Гидравлическое сопротивление тарелок колонны определяет по формуле: где и гидравлическое сопротивление тарелки соответственно верхней и нижней частей колонны, Па.Сосуды, на которые распространяются «Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением» ПБ 03-576-03, далее «Правила», должны эксплуатироваться

Содержание

Введение

1. Описание функциональной схемы

2. Технологический расчет

2.1 Материальный баланс колонны и рабочее флегмовое число

2.2 Скорость пара и диаметр колонны

2.3 Высота светлого слоя жидкости на тарелке и паросодержание барботажного слоя

2.4 Коэффициенты диффузии и вязкости паров

2.5 Коэффициенты массопередачи и высота колонны

3. Конструктивный расчет

4. Гидравлический расчет

5. Техника безопасности

Заключение

Список использованной литературы

В химической технологии широко распространены и имеют важное значение процессы массопередачи, характеризуемые переходом одного или нескольких веществ из одной фазы в другую. Путем переноса одного или более компонентов из фазы в фазу можно разделять как гетерогенные, так и гомогенные системы (газовые смеси, жидкие растворы и др.), причем наиболее часто процессы массопередачи используют для разделения гомогенных систем.

Одним из наиболее распространенных методов разделения жидких однородных смесей, состоящих из двух или большего числа компонентов, является перегонка (дистилляция и ректификация).

Простая перегонка представляет собой процесс однократного частичного испарения жидкой смеси и конденсации образующихся паров. Простая перегонка применима только для разделения смесей, летучести компонентов которой существенно различны. Значительно более полное разделение жидких смесей на компоненты достигается путем ректификации.

Ректификация представляет собой процесс многократного частичного испарения жидкости и конденсации паров. Процесс осуществляется путем контакта потоков пара и жидкости, имеющих различную температуру, и проводится обычно в колонных аппаратах.

Ректификация известна с начала 19 века как один из важнейших технологических процессов главным образом спиртовой и нефтяной промышленности. В настоящее время ректификацию все шире применяют в самых различных областях химической технологии, где выделение компонентов в чистом виде имеет весьма важное значение (в производствах органического синтеза, изотопов, полимеров и др.) Процессы перегонки осуществляется периодически или непрерывно. Процесс ректификации протекает на поверхности раздела фаз, поэтому аппараты должны обеспечивать развитую поверхность соприкосновения между жидкостью и газом.

По способу образования этой поверхности ректификационные аппараты можно разделить на следующие группы: 1) поверхностные и пленочные; 2) насадочные; 3) барботажные (тарельчатые); 4) распыливающие.

Тарельчатые ректификационные колонны нашли широкое распространение в промышленности. В настоящее время применяются разнообразные конструкции тарелок. По способу слива жидкости с тарелки их можно подразделить: 1) тарелки со сливными устройствами;

2) тарелки без сливных устройств.

К тарелкам со сливными устройствами относятся: ситчатые, колпачковые, клапанные и балластные, пластинчатые.

В тарелке без сливных устройств газ и жидкость проходят через одни и те же отверстия или щели. На тарелке одновременно с взаимодействием жидкости и газа путем барботажа происходит сток части жидкости на нижерасположенную тарелку - «проваливание» жидкости. Поэтому тарелки такого типа обычно называют провальными. К ним относятся дырчатые, решетчатые, трубчатые и волнистые тарелки.

Выбор конкретного вида тарелки зависит от многих факторов, например гидравлическое сопротивление тарелки, диапазон устойчивой работы, эффективность, производительность по жидкости и газу и т.д.

Ситчатые тарелки обладают невысоким сопротивлением, большой эффективностью и интенсивностью, требуют малого расхода металла и легкости монтажа.

Колпачковые тарелки обладают достаточно большой областью работы, большой эффективностью и обеспечивают легкость пуска и остановки аппарата.

Клапанные тарелки обладают большой областью устойчивой работы, малым брызгоуносом, требуют малого расстояния между тарелками, имеют высокую интенсивность и эффективность.