Ректификация как способ разделения жидких смесей в промышленности. Определение размеров колонны. Гидравлический расчет тарелок и давления в кубе. Расчет насоса, подогревателя сырья, дефлегматора и кипятильника. Тепловой и материальный баланс колонны.
Аннотация к работе
Ректификация - способ разделения жидких смесей, состоящих из нескольких компонентов, на составляющие вещества или группы составляющих веществ в результате противоточного взаимодействия паровой смеси и жидкой смеси. Основана на многократном испарении жидкости и конденсации ее паров или на однократном испарении смеси и многоступенчатой конденсацией компонентов.Уравнение материального баланса составляем на основании задания: производительность: концентрации НКК (% масс.): . Баланс по низкокипящему компоненту: (7.5 [1]), где - массовая доля сырья, % масс.; массовая доля НКК в дистилляте, % масс.; массовая доля НКК в кубовом остатке, % масс. Относительный мольный расход питания: Определяем число флегмы по уравнению (7.10 [1]): мольная доля бензола в паре, равновесном с жидкостью питанияРасчет теоретического числа тарелок проводим графически: на графике №1 строим ломаную линию, находим необходимое число ступеней изменения концентрации. Число действительных тарелок рассчитывается по уравнению (7.19 [1]) Находим давление насыщенных паров при средней температуре колонны (56,7 63,7 78,6)/3=66,3 ). Принимаем динамический коэффициент вязкости исходной смеси: , тогда По графику (7,4 [1]) находим При определении среднего КПД тарелок в колоннах большого диаметра (с длинной пути жидкости ) используют формулу: (стр.Определим плотность пара в колонне. Для верхней части колонны рассчитываем плотность паров как полусумму плотностей верха колонны и зоны питания. Средняя плотность пара: Для нижней части колонны рассчитываем плотность паров как полусумму плотностей низа колонны и зоны питания. Определим плотность жидкости в колонне. Принимаем среднюю плотность жидкости в колонне: .Рассчитываем гидравлическое сопротивление тарелки в верхней и нижней части колонны: (1,6 [1]), где - это сопротивление сухой тарелки, - сопротивление, вызываемое силами поверхностного натяжения, - это сопротивление парожидкостного слоя на тарелке. а) верхняя часть колонны Гидравлическое сопротивление сухой тарелки: (1,61 [1]), где - это коэффициент сопротивления не орошаемых тарелок (для колпачковых тарелок принимаем ). Сопротивление, обусловленные силами поверхностного натяжения: (1,62 [1]), где rгидр - гидравлический радиус товерстий, через которые пар выходит в жидкость; Сопротивление парожидкостного слоя на тарелке: (1,64 [1]), где - это ускорение свободного падения, - это относительная плотность газожидкостного слоя (принимаем К=0,5). е - расстояние от верхнего края прорезей до сливного порога,0,034 м; Объемный расход жидкости в нижней части колонны: Так как сырье вводится в колонну в жидком состоянии, то расход жидкости в нижней части колонны равен сумме расходов флегмы и сырьяРасход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре-конденсаторе: (7.15 [1]) Расход теплоты, получаемой в кубе-испарителе от греющего пара (7.14 [1]): , где - теплоемкости дистиллята, кубового остатка и сырья соответственно (рис. XI [1]) (считаются аналогично удельным теплотам конденсации); тепловые потери приняты в размере 3 % от полезно затрачиваемой теплоты.Ориентировочно определяем максимальную величину площади поверхности теплообмена: , где - коэффициент теплопередачи, принят по таблице 4.8 [1]. Принимаем , что соответствует развитому турбулентному режиму течения в трубах. Принимаем трубы размерами . Число труб, обеспечивающих объемный расход смеси: Исходя из условий, и , выбираем одноходовой кожухотрубчатый теплообменник с внутренним диаметром кожуха и с числом труб на один ход трубного пространства (общее число труб-13). Критерий Нуссельта: , где - поправочный коэффициент, учитывающий влияние на коэффициент теплоотдачи отношения длины трубы к ее диаметру;Выбираем коэффициент теплопередачи из табл. Рассчитываем среднюю разность температур: (2.6 [2]). 2,4 [2] выбираем стандартный кожухотрубчатый конденсатор с плавающей головкой по ГОСТУ 14246 - 79: - поверхность теплообмена 105м2При расчете кипятильника принимаем высоту труб Н=5м. Выпарная установка работает при кипении раствора в трубах при оптимальном уровне. Принимаем температуру конденсации сухого насыщенного водяного параПринимаем, что центробежный насос установлен на высоте 1м над уровнем открытого водоема для перекачки смеси. Геометрическая высота подъема смеси 7,7м. температура 18 . На линии нагнетания () расположены 2 отвода под углом и 4 отвода под углом . На линии всасывания () установлено 2 прямоточных вентиля и 3 отвода под углом (в обоих случаях отношение радиуса изгиба к внутреннему диаметру трубопровода равно 4). Выбираем насос (по напору и мощности). Выбираем диаметр трубопровода, приняв скорость смеси во всасывающий и нагнетательной линиях одинаковой и равной 1.5 .
План
Содержание
Введение
1. Материальный баланс
2. Построение равновесной и рабочей линии (y-x) и диаграммы (t-x, y)
3. Определение числа тарелок
4. Определение размеров колонны
5. Гидравлический расчет тарелок и давления в кубе
6. Тепловой баланс колонны
7. Расчет и подбор подогревателя сырья, дефлегматора и кипятильника
7.1 Расчет и подбор подогревателя сырья
7.2 Расчет и подбор конденсатора
7.3 Расчет и подбор кипятильника
8. Расчет и подбор насоса
Литература
Введение
Ректификация - способ разделения жидких смесей, состоящих из нескольких компонентов, на составляющие вещества или группы составляющих веществ в результате противоточного взаимодействия паровой смеси и жидкой смеси. Основана на многократном испарении жидкости и конденсации ее паров или на однократном испарении смеси и многоступенчатой конденсацией компонентов. Осуществляется в ректификационных колоннах.
Этот процесс имеет большое значение и расширенное применение. Применяется в химической, нефтеперерабатывающей (для выделения жидких топлив), промышленности, в цветной металлургии (для разделения хлоридов различных металлов), для разделения сжиженных газов, для получения спирта-ректификата. В качестве примеров достаточно указать на разделение природных углеводородов нефти и синтетических углеводородов с целью получения моторных топлив, на выделение индивидуальных газов из их смесей путем предварительного ожижения и последующей ректификации жидкой смеси.
Список литературы
1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - Л.: Химия, 1987. - 576 с.
2. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию / Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Под редакцией Ю.И. Дытнерского, 2 - е изд., перераб. и дополн. - М.: Химия, 1991. - 496 с.
3. Александров И.А. Ректификационные и абсорбционные аппараты. М.: Химия, 1978. - 277 с.
4. Романков П.Г., Курочкина М.И. Примеры и задачи по курсу «Процессы и аппараты химической промышленности»: Учеб. пособие для техникумов. - Л.: Химия, 1984. - 232 с.
5. Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов: Справочник. Л.: Машиностроение, 1981. - 382 с.
6. Скобло А.И. и др. Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности: Учебник для вузов/ А.И. Скобло, И.А. Трегубова, Ю.К. Молоканов. - 2-е изд. Перераб и доп. - М.: Химия, 1982. - 584. - с.363.