Ректификационная установка непрерывного действия для разделения бинарной смеси - Курсовая работа

В современных производствах широкое применение нашли высокоэффективные технологические процессы с использованием агрегатов большой единичной мощности, оснащенные средствами механизации и автоматизации. Условия работы аппаратов часто характеризуются широким диапазоном температур при агрессивном воздействии среды. Основными требованиями, которым должны отвечать такие аппараты, являются их механическая надежность, долговечность, конструктивное совершенство, простота изготовления, удобство транспортирования, монтажа и эксплуатации. Поэтому к конструкционным материалам проектируемой аппаратуры предъявляют следующие требования: высокая коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах при рабочих параметрах процесса; высокая механическая прочность при заданных рабочих давлениях, температуре и дополнительных нагрузках, возникающих при гидравлических испытаниях и эксплуатации аппаратов; хорошая свариваемость материалов с обеспечением высоких механических свойств сварных соединений; низкая стоимость и доступность материалов. Для изготовления аппаратов в химической промышленности в качестве конструкционных материалов применяют черные металлы и сплавы (стали, чугуны), цветные металлы и сплавы, незащищенные и защищенные с поверхности покрытиями (металлическими и неметаллическими), а также неметаллические материалы.Особенности процесса ректификации в отличие от процессов в абсорбции заключается в различном соотношении нагрузок по жидкости и пару в нижней и верхней частях колонны, переменный по высоте коэффициент распределения, совместное протекание процессов массо-и теплопереноса) и др.Существенный недостаток ситчатых тарелок в том, что жидкость на них удерживается только за счет давления пара На рисунках 2 и 3 показаны тарелки, обычно применяемы для перегонки жидкостей, содержащих взвешенные частицы. Тарелка, изображенная на рисунке 3 отличается тем, что в ней пар барботируется в жидкость с двух сторон: изпод краев колпака и изпод краев воротника. Такая тарелка называется тарелкой двойного кипячения. Недостатком тарелок со сливными стаканами являются неодинаковые уровни жидкости на тарелке, так как при течении жидкости на тарелке уровень снижается.На рисунке 7 показаны схемы аппаратов с тарелками периодического (а) и непрерывного (б) действия. Кубовой аппарат периодического действия состоит из основного куба 1, колонны с тарелками 2, дефлегматора 3 и холодильника 4. Пар поднимается из куба, проходит через отверстия сит до верха колонны и поступает в дефлегматор. Затем, проходя по тарелкам, флегма сливается через сливные стаканы, опускаясь в куб. Цикл работы этого аппарата состоит из тех же операций, что и цикл работы куба для простой перегонки, но благодаря колонне получаемый дистиллят имеет большую крепость.Процесс ректификации осуществляется в ректификационной установке, основным аппаратом которой является колонна, в которой пары перегоняемой жидкости поднимаются снизу, а навстречу парам стекает жидкость, подаваемая в виде флегмы в верхнюю часть аппарата. Процесс ректификации по заданию протекает при атмосферном давлении. Как правило, атмосферное давление принимают при разделении смесей, имеющих температуру кипения от 30 до 150 0С [1]. Степень разделения смеси жидкостей и чистота дистиллята и кубового остатка зависят от того, насколько развита поверхность контакта фаз, от количества подаваемой на орошение флегмы и устройства колонны. Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике 4.Производительность колонны по дистиллятору и кубовому остатку определяем из уравнений материального баланса колонны: или Решая уравнения находим, Для дальнейших расчетов необходимо концентрации исходной смеси, дистиллята и кубового остатка выразить в мольных долях: где 46; 18 - соответственно молекулярные массы этилового спирта и воды, . Относительный мольный расход : На основании справочных данных о температурах кипения, равновесных составах жидкости и пара при для рассматриваемой бинарной смеси строим кривые температур кипения смеси и кривую равновесия в координатах . Давления насыщенного пара в зависимости от температуры приведены в таблице 1. Для С2Н5ОН имеются две точки: температура кипения при давлении 760 мм.рт.ст, равная 78,3 ОС, и температура 20 ОС при давлении насыщенного пара равном 44 мм.рт.ст.На диаграмме кривой равновесия наносят точку В с координатами и точку А с координатами , а на кривой равновесия точку с абсциссой . Из точки А через точку проводят прямую до пересечения с ординатой диаграммы.Число ступеней изменения концентрации определим графическим путем пользуясь диаграммой у-х. Строим рабочую линию по уравнению: Уравнение рабочей линии для верхней части колонны принимает вид: или окончательно ув = 0,758х 0,202 Проводим прямую через точки D и А. Из точки проводим вертикальную прямую до пересечения с прямой DA (точка С). Для графического определения числа ступеней изменения концентрации проводим построение между равновесной и

Содержание

Введение

1. Описание установки непрерывного действия для ректификации

1.1 Аппараты тарелочного типа

1.2 Ректификационные аппараты с колоннами

1.3 Описание схемы ректификационной установки

2. Материальный баланс колонны

2.1 Определение рабочего флегмового числа

2.2 Определение числа ступеней

3. Технологический расчет

3.1 Определение объемов пара и жидкости, проходящих через колонну

3.2 Расчет скорости пара и диаметра колонны

4. Расчет кипятильника

5. Расчет и выбор насоса для выдачи исходной смеси на установку

5.1 Определение диаметра трубопровода

5.2 Определение потерь

5.3 Потери напора

5.4 Выбор насоса

5.5 Предельная высота всасывания

Список использованной литературы

В современных производствах широкое применение нашли высокоэффективные технологические процессы с использованием агрегатов большой единичной мощности, оснащенные средствами механизации и автоматизации. Условия работы аппаратов часто характеризуются широким диапазоном температур при агрессивном воздействии среды.

Основными требованиями, которым должны отвечать такие аппараты, являются их механическая надежность, долговечность, конструктивное совершенство, простота изготовления, удобство транспортирования, монтажа и эксплуатации. Поэтому к конструкционным материалам проектируемой аппаратуры предъявляют следующие требования: высокая коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах при рабочих параметрах процесса; высокая механическая прочность при заданных рабочих давлениях, температуре и дополнительных нагрузках, возникающих при гидравлических испытаниях и эксплуатации аппаратов; хорошая свариваемость материалов с обеспечением высоких механических свойств сварных соединений; низкая стоимость и доступность материалов.

Кроме того, при выборе конструкционных материалов необходимо учитывать физические свойства материалов (теплопроводность, линейное, расширение и т. д.).

Для изготовления аппаратов в химической промышленности в качестве конструкционных материалов применяют черные металлы и сплавы (стали, чугуны), цветные металлы и сплавы, незащищенные и защищенные с поверхности покрытиями (металлическими и неметаллическими), а также неметаллические материалы. В пищевом машиностроении поверхности, соприкасающиеся с пищевыми продуктами выполняются из нержавеющей, часто хромоникелевой стали. Легирующий элемент - хром - повышает твердость стали, увеличивает ее жаропрочность, повышает устойчивость против коррозии.

Никель значительно увеличивает вязкость металла, повышает пластичность, прочность, коррозионную стойкость. И только весьма высокая стоимость сдерживает более широкое применение этого легирующего элемента в отечественном машиностроении.

Для сохранения чистоты продукта материал должен обладать высокой химической стойкостью. К таким материалам можно отнести органические конструкционные материалы - органические полимеры (пластмассы). Они обладают высокой химической стойкостью ко многим агрессивным средам. Однако такие материалы подвержены термической и фотохимической деструкции, биологической коррозии в результате действия жидких и газообразных агрессивных сред.

Расчет ректификационной установки включает в себя определение расхода дистиллята и кубового остатка. Размеров ректификационной колонны и ее гидравлического сопротивления, тепловой расчет колонны, дефлегматора, кипятильника, подогревателя исходной смеси и холодильников дистиллята и кубового остатка.