Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси гексан-толуол - Курсовая работа

Ректификация - процесс разделения гомогенных смесей летучих жидкостей путем двустороннего массообмена и теплообмена между неравновесными жидкой и паровой фазами, имеющими различную температуру и движущимися противоположно друг другу. При каждом контакте из жидкости испаряется преимущественно низкокипящий компонент, которым обогащаются пары, а из паровой конденсируется преимущественно высококипящий компонент, переходящий в жидкость. Эти пары, выходящие из верхней части колоны, после их конденсации в отдельном аппарате дают дистиллят (верхний продукт) и флегму - жидкость, возвращающую для орошения колоны и взаимодействия с поднимающимися в колоне парами.В установке для непрерывной ректификации колона состоит из двух частей: верхней - укрепляющей и нижней - исчерпывающей части колоны, для того, чтобы поступающая на разделение смесь соприкасалась со встречным потоком пара с большим содержанием высококипящего компонента в исходной смеси. В исчерпывающей части колоны происходит удаление низкокипящего компонента из стекающей вниз жидкости, в верхней части - обогащение низкокипящим компонентом поднимающихся паров. На питательной тарелке жидкость смешивается с флегмой из укрепляющей части колонны и, стекая вниз, взаимодействует с поднимающимися навстречу паром, более богатым высококипящим компонентом, при этом из жидкости происходит удаление низкокипящего компонента. В нижнюю часть колонны стекает жидкость, состоящая почти целиком из высококипящего компонента, часть ее называется кубовым остатком и непрерывно отводится через холодильник кубовой жидкости 10 в емкость для кубовой жидкости 11.Производительность колонны по исходной смеси и кубовому остатку определим из уравнений материального баланса колонны: ; Для расчетов выразим концентрации исходной смеси , дистиллята и кубового остатка в мольных долях по формуле: . F= (0,947-0,046) / (0,286-0,046) =3,75 y*F - находим по диаграмме x-y (рис.2 в приложении Б) y*F =60 кмоль/кмоль смеси. Рабочее число флегмы определим по уравнению: R=1,3RMIN 0,3=1,78 Уравнения рабочих линий: а) верхней (укрепляющей) части колонны у= (R/R 1) x XD/ (R 1) = (1,78/2,78) х 0,947/2,78у=0,64х 0,34 б) нижней (исчерпывающей) части колонны у= ((R F) / (R 1)) x-((F-1) / (R 1)) xw y= ((1,78 3,75) / (1,78 1)) x-((3,75-1) /1,78 1)) 0,046 y=1,99x-0,045Принимаем следующие размеры ситчатой тарелки: диаметр отверстий d0=4мм, высота сливной перегородки hп=40мм. Площадь, занимаемая двумя сегментными переливными стаканами, составляет 20% от общей площади тарелки. Рассчитаем гидравлическое сопротивление тарелки в верхней и в нижней части колонны по уравнению: ?р=?рсух ?р? ?рпж а) Верхняя часть колонны. Сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения: ?р?=4?/d0=4*16,48*10-3/0,004=16,48 Па, Где ?=16,48*10-3Н/м - поверхностное натяжение жидкости при средней температуре в верхней части колонны 83°С; d0=0,004 м - диаметр отверстий тарелки. Высота парожидкостного слоя: hпж=hп ?h, где ?h - высота слоя над сливной перегородкой: ?h= (Vж/ (1,85Пк)) 2/3, где Vж - объемный расход жидкости, м3/с; П - периметр сливной перегородки, м; k=?пж/?ж - отношение плотности парожидкостного слоя (пены) к плотности жидкости, принимаемое приближенно равным 0,5.а) Наносим на диаграмму x-y (рис.2 в приложении Б) рабочие линии верхней и нижней части колонны и находим число ступеней изменения концентрации nt. Для определения среднего к. п. д. тарелок ? находим коэффициент относительной летучести разделяемых компонентов ?=Рг/Рт и динамический коэффициент вязкости исходной смеси ? при средней температуре в колонне, равной 92,4°С. Принимаем динамический коэффициент вязкости исходной смеси ?=0,23 СП=0,23*10-3 Па*с. Для сравнения рассчитаем средний к. п. д. тарелки ?0 по критериальной формуле: ?0=0,068К10,1*К20,115. К2= (Reп/We) *Pr"ж* (?п/?ж) = (whп?/ ?п?жw2) * (?п?ж/HПDЖ?Ж) =?/W?ЖDЖ, где w-скорость пара в колонне, м/с; Sсв-относительная площадь свободного сечения тарелки; hп - высота сливной перегородки, м; ?п и ?ж - плотности пара и жидкости, кг/м3; Dж - коэффициент диффузии легколетучего компонента в исходной смеси, определяемый по формуле (6.25), м2/с; ? - поверхностное натяжение жидкости питания, Н/м.Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре-конденсаторе, находим по уравнению: Qд=GD (1 R) RD=0,15 (1 1,78) *337*103=140530 Вт Расход теплоты, получаемой в кубе-испарителе от греющего пара, находим по уравнению: QK=Qд GDCDTD GWCWTW-GFCFTF Qпот. Здесь тепловые потери Qпот приняты в размере 3% от полезно затрачиваемой теплоты; удельные теплоемкости взяты соответственно при TD=69°C и TW=106°C; температура кипения исходной смеси TF=88°C определена по рис.3. Здесь тепловые потери приняты в размере 5%, удельная теплоемкость исходной смеси CF= ((0,3*0,43 0,7*0,42) *4190 Дж/кг*К) взята при средней температуре (88 18) /2=53°С. Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике кубового остатка: Q= GW*CW (TW-ткон), где удельная теплоемкость кубового остатка CW= 0,425*4190 Дж/ (кг*К) взята при t= (106 2

Содержание

Введение

1. Технологическая схема ректификационной установки

2. Расчетная часть

2.1 Материальный баланс колонны

2.2 Гидравлический расчет тарелок

2.3 Определение числа тарелок и высоты колонны

2.4 Тепловой расчет установки

Заключение

Список использованной литературы

Приложения

Ректификация - процесс разделения гомогенных смесей летучих жидкостей путем двустороннего массообмена и теплообмена между неравновесными жидкой и паровой фазами, имеющими различную температуру и движущимися противоположно друг другу.

Разделение осуществляется обычно в колонных аппаратах при многократном или непрерывном контакте фаз. При каждом контакте из жидкости испаряется преимущественно низкокипящий компонент, которым обогащаются пары, а из паровой конденсируется преимущественно высококипящий компонент, переходящий в жидкость. Обмен компонентами между фазами позволяет получить, в конечном счете, пары представляющие собой почти чистый низкокипящий компонент. Эти пары, выходящие из верхней части колоны, после их конденсации в отдельном аппарате дают дистиллят (верхний продукт) и флегму - жидкость, возвращающую для орошения колоны и взаимодействия с поднимающимися в колоне парами. Снизу удаляется жидкость представляющая собой почти чистый высококипящий компонент - кубовый остаток (нижний продукт). Часть остатка испаряют в нижней части колоны для получения восходящего потока пара.

Ректификация известна с начала девятнадцатого 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 производных органического синтеза, изотопов, полупроводников и различных других веществ высокой чистоты).