Ректификационная установка непрерывного действия для разделения бинарной смеси вода-уксусная кислота - Курсовая работа

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение профессионального высшего образования Кафедра Промышленной экологии, Процессов и аппаратов химической технологииВозможность разделения жидкой смеси на составляющие ее компоненты ректификацией обусловлена тем, что состав пара, образующегося над жидкой смесью, отличается от состава жидкой смеси в условиях равновесного состояния пара и жидкости. 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). Исходная смесь может поступать в колонну не только в жидком, но и в парообразном состоянии или в виде смеси жидкости и пара. 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).Оба параметра в значительной мере определяются гидродинамическим режимом работы колонны, который в свою очередь, зависит, от скорости и физических свойств фаз, а так же от типа и размеров тарелок.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. В результате взаимодействия между жидкостью и паром, имеющим более высокую температуру, жидкость частично испаряется, причем в пар переходит преимущественно НК. Из пара конденсируется и переходит в жидкость преимущественно ВК, содержание которого в поступающем на тарелку паре выше равновесного с составом жидкости на тарелке. Таким образом, пар, представляющий собой на выходе из кипятильника почти чистый ВК, по мере движения вверх все более обогащается низкокипящим компонентом и покидает верхнюю тарелку колонны в виде почти чистого НК, который практически полностью переходит в паровую фазу на пути пара от кипятильника до верха колонны. Однако, стекая по колонне и взаимодействуя с паром, жидкость все более обогащается ВК, конденсирующимся из пара.Материальный баланс всей ректификационной колонны может быть представлен двумя уравнениями: по всему продукту , где xf, XD, xw - молярные составы (мольные доли) низкокипящего компонента (НК) соответственно в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке.Таким образом, рациональный характер влияния флегмового числа на технико-экономические показатели проектируемой установки ставит задачу определения оптимального флегмового числа. Для определения минимального флегмового числа на диаграмме y-x (Рисунок А1) проводят вертикали x=XD и x=XF до пересечения с рабочей линией. Через точки проводят линии с пересечением с осью ординат. Отрезок В отсекаемый этой линией на оси ординат , связан с минимальным флегмовым числом соотношением: где исходя из которого и рассчитывают величину Rmin по формуле: . Как известно, Rопт - оптимальным считается флегмовое число, соответствующие функции nox(R 1)=f(R), где nox - число единиц переноса, R - флегмовое число.1) Проценты мольные: а) в верхней (укрепляющей) части колонны: ; 2) Проценты массовые: а) в верхней (укрепляющей) части колонны: ; . б) в нижней (исчерпывающей) части колонны: Средние температуры жидкости определяем по диаграмме t - x,y (рисунок 4): при ; Средняя плотность жидкости по высоте колонны определяется по уравнению: , где ?А, ?В - плотности низкокипящего и высококипящего компонентов при средней температуре в колонне, соответственно, кг/м3. а) в верхней части колонны: ; Рассчитываем средние концентрации низкокипящего компонента в паре: а) в верхней (укрепляющей) части колонны: XD=YD=0,94, ;Средняя плотность пара в колонне: . Определяем скорость пара в колонне.Наносим на диаграмму х-у наносим рабочие линии верхней и нижней части колонны (Рисунок А1) и находим число ступеней изменения концентрации NT. Число тарелок рассчитывается по уравнению: . Для определения к.п.д. тарелок находим коэффициент относительной летучести разделяемых компонентов: , и динамический коэффициент вязкости исходной смеси при средней температуре в колонне, равной 109,20С. Для сравнения рассчитаем средний КПД тарелки по критериальной формуле, полученной путем статистической обработки многочисленных опытных данных для ситчатых тарелок: . Физико-химические константы отнесены к средней температуре в колонне.В соответствии с рассчитанным выше диаметром колонны по приложениям (Приложение 5.2 стр.216-217 [3]) подбираем стандартную колонну и тарелки. Принимаем к установке колонный аппарат диаметром 2400 мм; колонна компонуется из ситчатых тарелок типа ТС-Р.

Содержание

Реферат

Введение

Физико-химические характеристики продукта

1. Расчет ситчатой тарельчатой ректификационной колонны непрерывного действия

1.1 Принципиальная технологическая схема и ее описание

1.2 Рассчитаем необходимые концентрации исходной смеси, дистиллята и кубового остатка

1.3 Материальный баланс процесса ректификации

1.4 Расчет флегмового числа

1.5 Определение средней концентрации воды в жидкости

1.6 Определяем средние концентрации воды в паре

1.7 Определение скорости пара и диаметра в колонне

1.8 Определение высоты колонны

2. Гидравлический расчет колонны

2.1 Сопротивление сухой тарелки

2.2 Сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения

2.3 Сопротивление парожидкостного слоя

3. Тепловой расчет ректификационной колонны

3.1 Расчет тепловой изоляции колонны

4. Расчет вспомогательного оборудования

4.1 Кипятильник (куб - испаритель)

4.1.1 Определение коэффициента теплопередачи

4.2 Дефлегматор

4.3 Холодильник для дистиллята

4.4 Холодильник для кубового остатка

4.5 Подогреватель

Заключение

Список использованной литературы

Приложения