Розрахунок ректифікаційної колони періодичної дії для розділення суміші бензол–толуол - Курсовая работа

Одним з найбільш розповсюджених методів розділення рідких однорідних сумішей, які складаються з двох або більшого числа компонентів є перегонка, що включає в себе дистиляцію та ректифікацію. Ректифікація - процес розділення однорідних рідких сумішей на складові компоненти або групи складових компонентів шляхом багаторазового часткового випарювання рідини з подальшою конденсацією утвореної пари, які не знаходяться в термодинамічній рівновазі та рухаються протитечією. В результаті масообміну пара збагачується низькокиплячим (легколетким) компонентом, а рідина - висококиплячим (важколетким) компонентом. Сучасні ректифікаційні апарати класифікують у залежності від технологічного призначення, тиску та внутрішнього обладнання, яке забезпечує контакт між парою та рідиною. За технологічним призначенням ректифікаційні апарати поділяються на: колони атмосферно-вакуумних установок, термічного та каталітичного крекінгу вторинної перегонки нафтопродуктів, а також на колони для ректифікації зріджених газів, стабілізації легких нафтових фракцій та інші.Розглянемо періодичний процес ректифікації на прикладі роботи сітчасті колони. Ректифікаційна установка періодичної дії може працювати з повною або частковою конденсацією пари. Крім того куб колони може бути виносний або вбудований. Принципова схема ректифікаційної установки періодичної дії з повною конденсацією пари та виносним кубом зображена на рис. Схема ректифікаційної установки періодичної дії: 1 - колона ректифікації;Атмосферний тиск або незначне перевищення тиску над атмосферним застосовується, якщо пара дистиляту при цьому тиску може бути сконденсована за допомогою найдешевшого та доступного холодоагенту, наприклад, води або атмосферного повітря. Тиск внизу колони слід збільшити на величину гідравлічного опору, створеного насадкою. Підвищення тиску верха колони при відповідному підвищенні в ній температури, призводить до зменшення поверхні конденсатора, внаслідок збільшення середньої різниці температур між парами ректифікату, що конденсується, та охолоджуючим агентом. Підвищення тиску у колоні застосовують при розділенні сумішей з низькими температурами кипіння та для розділення сумішей, які при нормальних температурах будуть газоподібними. Зниження тиску в колоні за відношенням до атмосферного дозволяє знизити температуру в колоні, що буває необхідним при розділенні суміші, створеної з компонентів, які мають високі температури кипіння або термічну нестабільність.При ректифікації бінарних сумішей температура пари дистиляту, температура кипіння вихідної суміші (початку процесу) та кубового залишку (кінця процесу) визначається за діаграмою І - х,у (рис.2.5), яка будується для конкретної суміші при різних тисках. Температура кипіння рідини відповідного складу знаходиться за нижньою кривою, а температура пари - за верхньою кривою.IMG_ffc68878-99cb-4c80-868e-1652752179e4концентрація легколеткого компоненту у вихідній суміші, дистиляті та кубовому залишку, відповідно, в масових частках або масових процентах. Для подальших розрахунків виразимо концентрації живлення, дистиляту і кубового залишку в молярних частках: Живлення: IMG_1c8749dc-76bd-41bd-9ffa-8a51ef26f2bf Для кожної температури у цьому інтервалі за графіком знаходимо пружність парів чистих компонентів, а потім розраховуємо молярні частки легколеткого компонента у рідині та парі. Розрахунок флегмового числа з урахуванням усіх впливаючих на нього факторів досить складний, тому в інженерних розрахунках користуються наближеними методами. У початковий момент перегонки, коли склад рідини в кубі дорівнює початковому складу xf мінімальне флегмове число розраховується як і для безперервної ректифікації.Тепловий розрахунок складається з метою визначення необхідної кількості теплоти в кубі - кипятильнику, витрат теплоти, яка передається охолоджуючий воді в дефлегматорі та у водяних холодильниках дистиляту і кубового залишку, а також для визначення витрати гріючого пару в кубі та води у згаданих апаратах. Витрата теплоти, охолоджуючій воді, що віддається, в дефлегматорі-конденсаторі, знаходимо по рівнянню: IMG_f70fbdbf-45b5-43b8-a0f7-5c771e421f8b тут Витрата теплоти, одержуваної в кубі-випарнику від гріючої пари, знаходимо по рівнянню: IMG_e94b683b-ad45-430b-aaa0-afa74cdea920 тут питомі теплоємності узяті відповідно при tp = 820 С tw= 109 0 С і tf = 103,50 С , температура кипіння початкової суміші tf = 103,5 0 С визначена по рис. Витрата теплоти, охолоджуючій воді у водяному холодильнику, що віддається, дистиляті: IMG_87aa2bbc-5646-4984-804f-02e3bc8565c6 тут питома теплоємність дистиляту Ср = 0,43*4190 Дж/(кг.До) узята при середній температурі (82 25) /2 = 54 0 С. Витрата теплоти, охолоджуючій воді, що віддається, у водяному холодильнику кубового залишку: IMG_3a66dc04-e2ec-4ccd-97fb-4ebb62b0f161 де питома теплоємність кубового залишку Cw = 0,424*4190 Дж/(КГК) узята при середній температурі (109 25) /2 = 67 0 С.Величину ?h - висоту шару над зливною перегородкою розраховуємо по формулі: IMG_a0a90a8d-6b11-4231-9802-96f3aaa2

Зміст

ВСТУП

1. ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ

1.1 Вибір тиску

1.2 Температурний режим

2. ТЕХНОЛОГІЧНИЙ РОЗРАХУНОК

2.1 Матеріальний розрахунок

2.2 Тепловий розрахунок установки

2.3 Гідравлічний розрахунок тарілок

ВИСНОВОК

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ