Расчет необходимых концентраций исходной смеси, дистиллята и кубового остатка. Материальный баланс процесса ректификации. Гидравлический и тепловой расчет колонны. Сопротивление сухой тарелки. Выбор холодильника, дефлегматора, подогревателя, кипятильника.
Аннотация к работе
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.
План
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