Ректификационная установка непрерывного действия для разделения жидкой бинарной смеси гексан-бензол - Курсовая работа

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кафедра промышленной экологии, процессов и аппаратов химических производств Разработал: Студент группы 64-4 Рассчитать установку непрерывного действия для разделения жидкой бинарной смеси - гексан-бензол.5.2 Расчет холодильника для дистиллятаВозможность 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. На эффективность работы насадочной колонны влияют массовые расходы пара и жидкости, тип и степень смачиваемости насадки, отношение диаметра колонны к размеру насадки, высота слоя насадки, распределение потоков по сечению колонны.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.Для дальнейших расчетов необходимо концентрации исходной смеси, дистиллята и кубового остатка выразить в массовых долях. Материальный баланс для всей колонны: Gf = Gd Gw, где Gf - массовый расход исходной смеси, кг/с; Материальный баланс по низкокипящему компоненту: , где - содержание низкокипящего компонента в массовых долях в исходной смеси, дистилляте, кубовой жидкости, соответственно.Для определения минимального флегмового числа на диаграмме y-x (Приложение А рис.1) 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: исходя из которого и рассчитывают величину Rmin по формуле: . Минимальное флегмовое число при условии, когда кривая равновесия выпуклая и не имеет впадин, можно рассчитать по формуле: где - мольная доля низкокипящего компонента в паре, равновесным с исходной смесью (Приложение А рис.1). Как известно, Rопт - оптимальным считается флегмовое число, соответствующие функции nox(R 1)=f(R), где nox - число единиц переноса, R - флегмовое число.Оба параметра в значительной мере определяются гидродинамическим режимом работы колонны, который, в свою очередь, зависит, от скоростей и физических свойств фаз, а также от типа и размеров насадок. В ректификационных колоннах, работающих при атмосферном давлении, для разделения агрессивных жидкостей, а также в тех случаях, когда не требуется частая чистка аппарата, обычно применяют керамические кольца Рашига. Дальнейший расчет насадочной колонны ведется отдельно как для верхней части колонны, так и для нижней. Предельную фиктивную скорость пара ?п, при которой происходит захлебывание насадочных колонн, определяют по уравнению: , где ?ж, ?п - средние плотности жидкости и пара, кг/м3; Средние массовые расходы (нагрузки) по жидкости для верхней и нижней части колонны определяют из соотношений: ; , где MD и MF-мольные массы дистиллята и исходной смеси;Высота слоя насадки в обычных насадочных колоннах, работающих при оптимальном режиме, рассчитывается по уравнению: , где - общее число единиц переноса в паровой фазе; Общую высоту единиц переноса hoy находят по уравнению: где hx и hy - частные высоты единиц переноса соответственно жидкой и паровой фазах; Высота единицы переноса в жидкой фазе равна: где с и Ф - коэффициенты, определяемые по рис.

Содержание

Введение

Физико-химические характеристики продукта

1. Расчет насадочной ректификационной колонны непрерывного действия

2. Расчет колонны

2.1 Материальный баланс

2.2 Расчет флегмового числа

2.3 Расчет скорости пара и диаметра колонны

2.4 Определение высоты колонны

3. Гидравлический расчет колонны

3.1 Сопротивление верхней части колонны

3.2 Сопротивление нижней части колонны

4. Тепловой расчет ректификационной колонны

4.1 Расчет тепловой изоляции колонны

5. Расчет вспомогательного оборудования

5.1 Расчет дефлегмаотра

5.1.1 Температурная схема

5.1.2 Предварительный выбор конструкции теплообменника

5.1.3 Определение коэффициента теплоотдачи для воды

5.1.4 Определение коэффициента теплоотдачи при конденсации водяного пара на пучке горизонтальных труб

5.1.5 Расчет коэффициента теплопередачи