Ректификационная установка непрерывного действия - Курсовая работа

Для разделения однородных жидкостей смеси на составляющие ее компоненты применяют дистилляцию (простую перегонку) или ректификацию. Эти процессы основаны на различной летучести компонентов смеси в связи с различными температурами их кипения при одном и том же давлении. Ректификация - процесс разделения гомогенных смесей летучих жидкостей путем двустороннего массо-и теплообмена между неравновесными жидкой и паровой фазами, имеющие различную температуру и движущимся противотоком относительно друг друга. Таким образом, пар, двигаясь вверх по колонне, на выходе из нее представляет собой практически чистый низкокипящий компонент, а жидкость, стекающая вниз, непрерывно обогащается высококипящим компонентом и на выходе из колонны представляет собой практически чистый высоко кипящий компонент. В промышленности часто на разделение методом ректификации подаются много компонентные смеси, но поскольку при разделении таких смесей расчет очень сложен, то во многих случаях пренебрегают наличием компонентов, содержащихся в смеси в сравнительно небольшом количестве, и без ущерба конечного результата заменяют расчет многокомпонентной ректификации расчетом процесса бинарной ректификации.Принципиальная схема ректификационной установки непрерывного действия для разделения бинарной смеси: 1 - емкость исходной смеси; 2, 9 - насосы; 3 - теплообменник-подогреватель; 4 - ректификационная колонна тарельчатого типа; 5 - дифлегматор; 6 - делитель; 7 - холодильник дистиллята; 8 - емкость для сбора дистиллята; 10 - холодильник кубовой жидкости; 11 - емкость для сбора кубовой жидкости. В данной установке нет смысла устанавливать кипятильник, так как жидкость, которая стекает вниз по колонне, представляет собой воду. Водяной пар восходящим потоком поднимается из куба колонны, при этом на каждой тарелке колонны происходит массообмен и пар выходит из верхней части колонны близким по составу к точке азеотропа. Поступает в дефлегматор (5), здесь пар конденсируется и конденсат пара поступает в делитель (6), где разделяется на два потока: готовый продукт - дистиллят и флегму, которая возвращается в колонну на верхнюю тарелку. Дистиллят поступает в холодильник (7), после конденсации дистиллят поступает в емкость для сбора дистиллята (8).Для расчета ректификационной установки, в том числе и для определения минимального флегмового числа , необходимо располагать данными о равновесии между жидкостью и паром компонентов разделяемой исходной смеси для давления, при котором проводится процесс. Для определения минимального флегмового числа строим квадратную диаграмму y-x (рис.2), на которую наносят все точки из табл. Также для расчета необходимо перевести заданные массовые концентрации исходной смеси , дистиллята и кубового остатка в мольные доли по соответствующей формуле: , (1) где - массовая концентрация, %; Мольная доля низкокипящего компонента кубового остатка: По значению на диагонали построенной диаграммы y-x находим точку А, а по значению на линии равновесия точку В. Отрезок прямой между и определяет положение рабочей линии укрепляющей части колонны при , что дает возможность рассчитать значение минимального флегмового числа.При обогреве ректификационной колонны непрерывного действия острым паром, который подается в куб колонны под нижнюю тарелку (рис.4), уравнения материального баланса можно составить только через мольные расходы и мольные доли низкокипящего компонента в паровой и жидкой фазах. мольные доли низкокипящего компонента в исходной смеси, дистилляте, флегме, кубовом остатке и в пара, поступающем в дефлегматор. Так как мольный расход пара не изменяется по всей высот колонны, а изменяется только его состав, то можно составить уравнение материального баланса по всем компонентам, участвующим в процессе (в мольных расходах): GF GV=GD GW (5) и уравнение материального баланса по низкокипящему компоненту: GFXF=GDXD GWXW (6) Уравнение материального баланса дефлегматора имеет следующий вид: GV=GR GD=GD(1 R), (7) а мольный расход кубового остатка определяется как сумма мольных расходов исходной смеси и флегмы, что соответствует мольному расходу жидкости в исчерпывающей части колонны: GW=GF GR=GF R·GD (8) А из уравнения (8) с учетом (9) мольный расход кубового остатка составит: .Для определения числа теоретических тарелок графическим способом на диаграмме y-x, на которой изображена линия равновесия, проводим рабочие линии для укрепляющей и исчерпывающей части колоны. При обогреве куба ректификационной колонны острым паром уравнения рабочих линий принимают следующий вид: · Для укрепляющей части колонны: (14); Для исчерпывающей части колонны: Рабочая линия укрепляющей части колонны выходит из точки на диагонали квадрата с абсциссой и отсекает на оси ординат отрезок , а рабочая линия исчерпывающей части колонны пересекает ось абсцисс при . Обе линии пересекаются при , если исходная смесь поступает в колонну при температуре кипения. При Rопт=1,70 отрезок отсекаемый рабочей линией укрепляющей части колонны составит: .На теоретической тарелке предполаг

Содержание

Введение

Исходные данные

1. Расчет тарельчатой ректификационной колонны непрерывного действия

1.1 Принципиальная схема установки

1.2 Определение минимального и рабочего флегмовых чисел

1.3 Материальный баланс процесса

1.4 Определение числа теоретических ступеней процесса

1.5 Вычисление числа действительных тарелок

1.6 Определение размеров колонны

1.7 Тепловой расчет установки

2. Расчет вспомогательного оборудования

2.1 Расчет трубопроводов

2.2 Расчет теплообменных аппаратов

2.2.1 Расчет пластинчатого обогревателя

2.2.2 Расчет кожухотрубного конденсатора

2.2.3 Расчет кожухотрубчатого теплообменника для холодильника дистиллята

2.2.4 Расчет кожухотрубчатого теплообменника для кубового остатка

2.3 Расчет и выбор насоса для подачи исходной смеси на установку

Заключение

Библиографический список ректификационный установка этанол колонна

Для разделения однородных жидкостей смеси на составляющие ее компоненты применяют дистилляцию (простую перегонку) или ректификацию.

Эти процессы основаны на различной летучести компонентов смеси в связи с различными температурами их кипения при одном и том же давлении.

Дистилляция позволяет осуществить грубое разделение смеси на компоненты или произвести ее очистку от нежелательных компонентов. Более полное разделение смеси на компоненты при ректификации.

Ректификация - процесс разделения гомогенных смесей летучих жидкостей путем двустороннего массо- и теплообмена между неравновесными жидкой и паровой фазами, имеющие различную температуру и движущимся противотоком относительно друг друга. При взаимодействии между восходящими потоками пара и стекающей жидкостью из пара конденсируется преимущественно высококипящий компонент, а выделяющаяся теплота конденсации расходуется на испарение из жидкости низкокипящего компонента. Таким образом, пар, двигаясь вверх по колонне, на выходе из нее представляет собой практически чистый низкокипящий компонент, а жидкость, стекающая вниз, непрерывно обогащается высококипящим компонентом и на выходе из колонны представляет собой практически чистый высоко кипящий компонент.

Ступенчатое взаимодействие происходит в колонных аппаратах тарельчатого типа, а непрерывное в насадочных аппаратах.

Ректификацию применяют в ряде отраслей промышленности для выделения ценных веществ при переработке растительных полимеров в целлюлозно-бумажном производстве этот процесс используется для разделения талового масла и сульфатного скипидара, при переработке сульфатных щелоков и в других случаях.

В промышленности часто на разделение методом ректификации подаются много компонентные смеси, но поскольку при разделении таких смесей расчет очень сложен, то во многих случаях пренебрегают наличием компонентов, содержащихся в смеси в сравнительно небольшом количестве, и без ущерба конечного результата заменяют расчет многокомпонентной ректификации расчетом процесса бинарной ректификации.

Исходные данные

1. Разделяемая смесь - этиловый спирт - вода

2. Производительность по исходной смеси кг/ч

3. Концентрация легколетучего компонента (в масс. %): · в исходной смеси %

· в дистилляте %

· в кубовом остатке %

4. Температура исходной смеси TH =25°C

5. Давление в колонне Р = 763 мм.рт.ст.

6. Конструкция колонны - тарельчатая с круглыми колпачками.

7. Обогрев колонны острым паром.