Материальный баланс колонны и рабочее флегмовое число. Средние массовые расходы по жидкости для верхней и нижней частей колонны. Объемные расходы пара и жидкости. Гидравлический расчет ректификационной колонны. Тепловой расчет установки и штуцеров.
Ректификация - массообменный процесс, который осуществляется в большинстве случаев в противоточных колонных аппаратах с контактными элементами (насадки, тарелки), аналогичными используемым в процессе абсорбции. Тем не менее ряд особенностей процесса ректификации (различное соотношение нагрузок по жидкости и пару в нижней и верхней частях колонны, переменные по высоте колонны физические свойства фаз и коэффициент распределения, совместное протекание процессов массо-и теплопереноса) осложняет его расчет.1 Принципиальная схема ректификационной установки: 1 - емкость для исходной смеси; 2,9 - насосы; 3 - теплообменник-подогреватель; 4 - кипятильник; 5 - ректификационная колонна; 6 - дефлегматор; 7 - холодильник дистиллята; 8 - емкость для сбора дистиллята; 10 - холодильник кубовой жидкости; 11 - емкость для кубовой жидкости Исходную смесь из промежуточной емкости 1 центробежным насосом 2 подают в теплообменник 3, где она подогревается до температуры кипения. Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике 4.ректификационный колонна жидкость тепловой Спроектировать ректификационную установку для разделения смеси: метиловый спирт - этиловый спирт. Исходные данные: Количество исходной смеси: =10 т/ч;Молекулярная масса исходной смеси равна: Мольный секундный расход исходной смеси По данным таблицы строим диаграммы x-y и t-xy (Рис. где - концентрация легколетучего компонента в паре, находящемся в равно с исходной смесью . Задаваясь различными значениями коэффициентов избытка флегмы ?, определим соответствующие числа. Графическим построением ступеней изменения концентраций между равновесной и рабочими линиями на диаграмме x-y находим число теоретических тарелок N.Температуры жидкости вверху и внизу колонны по диаграмме t-xy соответственно равны тв = 67,9?С и тн = 73,7?С где и - плотности соответственно низко-и высококипящего компонентов смеси при температурах тв и тн соответственно. Средние вязкости жидкости для верха и низа колонны. где и - вязкости паров этанола и воды определенных по номенклатуре. czТак как диаметры верхней и нижней части колонны очень близки выбираем стандартный диаметр колонны Рассчитаем коэффициент расширения струи на выходе из отверстия А4 и коэффициент сжатия струи на входе в отверстие А5: Коэффициент сопротивления тарелки рассчитываем по формуле: Доля площадей отверстий, занятых стекающей жидкостью, зависит от расхода пара и жидкости и их плотности: Для верха колонны Проверяем условия допустимости скоростей для верхней части колонны: Как видим, второе условие не выполняется для обеих частей колонны. Рассчитаем коэффициент расширения струи на выходе из отверстия А4 и коэффициент сжатия струи на входе в отверстие А5: Коэффициент сопротивления тарелки рассчитываем по формуле: Доля площадей отверстий, занятых стекающей жидкостью, зависит от расхода пара и жидкости и их плотности: Для верха колонны Чтоб уменьшить скорость в колонне увеличим диаметр колонны, примем диаметр колонны 1,6 м, а свободное сечение тарелки fc=0,31 м2/м2, тогда Коэффициент сопротивления тарелки рассчитываем по формуле: Доля площадей отверстий, занятых стекающей жидкостью, зависит от расхода пара и жидкости и их плотности: Для верха колонныКоэффициент диффузии в жидкости при средней температуре равен: Коэффициент диффузии в жидкости при 20?С можно вычислить по формуле: где Тогда коэффициент диффузии в жидкости для верха колонны при 20?С равен: Температурный коэффициент b определяем по формуле тогда Коэффициент диффузии в жидкости для низа колонны: Локальная эффективность контактаФактор отклонения для верхней части колонны Общее число единиц переноса для верхней части колонны Общее число единиц переноса для нижней части колонны Число действительных тарелок в верхней части колонны: Число действительных тарелок в нижней части колонны: Высота верхней рабочей части колонныТепло, отведенное холодной водой в дефлегматоре: где r - теплота конденсации паров метилового спирта. Тепло, отведенное водой в холодильнике дистиллята: где СА - теплоемкость метилового спирта. Тепло, отведенное водой в холодильнике кубового остатка: где СВ - теплоемкость этилового спирта. Тепло, отведенное в колонну с исходной смесью: где 1,03 - коэффициент, учитывающий 3% потерь тепла в окружающую среду.Вход исходной смеси при скорости жидкости в штуцере w = 1,5 м/с. Вход флегмы при скорости w = 1,5 м/с.Основные параметры ректификационной колонны.
План
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА УСТАНОВКИ И ЕЕ ОПИСАНИЕ
2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ АППАРАТОВ
2.1 Материальный баланс колонны и рабочее флегмовое число
2.2 Средние массовые расходы по жидкости для верхней и нижней частей колонны
2.3 Объемные расходы пара и жидкости
2.4 Гидравлический расчет колонны
2.5 Коэффициенты диффузии
2.6 Эффективность тарелок
2.7 Тепловой расчет установки
2.8 Расчет штуцеров
Заключение
Литература
Вывод
Основные параметры ректификационной колонны.
Наименование параметра Значение
Производительность, т/ч 5
Состав исходной смеси Метиловый спирт - этиловый спирт
Концентрация исходной смеси, % 50
Концентрация кубового остатка, % 6
Концентрация дистиллята, % 93
Вид контактных устройств Провальные тарелки
Давление в колонне, ат 1
Давление греющего пара, ат 5
Расход дистиллята, кмоль/с 0,043
Расход кубового остатка, кмоль/с 0,0306
Флегмовое число 2,97
Диаметр колонны, м 1,8
Число тарелок, шт 43
Рабочая высота колонны, м 12,9
Общая высота колонны, м 18,2
Диаметры штуцеров, мм 60; 80; 450; 40
Расход греющего пара, к/с 0,74
Расход охлаждающей воды, м3/с 0,053
Список литературы
Литература, используемая для расчета аппаратов
1. Ульянов Б.А., Бадеников В.Я., Ликучев В.Г. Процессы и аппараты химической технологии. Учебное пособие - Ангарск: Издательство Ангарской государственной технической академии, 2005г. - 903с
2. Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/ Под ред. Ю.И. Дытнерского, М.: Химия, 1991г - 446с
3. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учебное пособие для вузов/Под ред. П.Г. Романкова, Л.: Химия, 1987г. - 576с
4. Рыбалко Л.И. Щукина Л.В Расчет абсорбционных аппаратов. Методическое указание по курсовому проектирование процессов и аппаратов химической технологии. - Ангарск: Издательство Ангарской государственной технической академии, 2005г. - 52с.
5. Рыбалко Л.И. Щукина Л.В Расчет ректификационой установки. Методическое указание по курсовому проектирование процессов и аппаратов химической технологии. - Ангарск: Издательство Ангарской государственной технической академии, 2003г
Справочники физико-химических свойств
1. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей. - Л.: Химия, 1982г. - 591с
