Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ

ВОЛЖСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ)

ВОЛГОГРАДСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

Кафедра «технологические машины и оборудование»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

Тема: С проектировать ректификационную установку непрерывного действия с ситчатыми тарелками для разделения бинарной смеси бензол-толуол под давлением 1.0 атм.

Выполнил: студент гр. ВХТ-452

Перфильев А.В.

Проверил: Орлов С.В.

ВОЛЖСКИЙ 2008

Содержание

• Введение
• Задание на проектирование
• 1. Материальный баланс колонны и рабочее флегмовое число
• 2. Определение объемов пара и жидкости, проходящих через колонну
• 2.1 Средний мольный состав жидкости
• 2.2 Средние мольные массы жидкости
• 2.3 Средние массовые расходы (нагрузки) по жидкости
• 2.4 Средняя массовая концентрация в жидкости
• 2.6 Средние мольные массы пара
• 2.7 Средние массовые потоки пара
• 3. Скорость пара и диаметр колонны
• 3.1 Температуры паров
• 3.2 Плотности паров в колонне
• 3.3 Плотности жидкостей в колонне
• 3.4 Вязкости жидких смесей в колонне
• 3.5 Предельная скорость паров в колонне
• 3.6 Диаметр колонны
• 4. Гидравлический расчет тарелок
• 5. Определение числа тарелок и высоты колонны
• 6. Тепловой расчет установки
• Список литературы
• Основные условные обозначения
• а -- удельная поверхность, м²/м;
• D -- коэффициент диффузии, м²/с;
• d -- диаметр, м;
• F -- расход исходной смеси, кг/с;
• G -- расход паровой фазы, кг/с;
• Р -- расход дистиллята, кг/с;
• g -- ускорение свободного падения, м/с²;
• Н, h -- высота, м;
• К -- коэффициент массопередачи;
• L -- расход жидкой разы, кг/с;
• М -- мольная масса, кг/кмоль;
• m -- коэффициент распределения; .
• N -- число теоретических ступеней разделения;
• п -- число единиц переноса;
• R -- флегмовое число;
• Т, t -- температура, град;
• U -- плотность орошения, м³(м²с)
• W -- расход кубовой жидкости, кг/с;
• щ -- скорость пара, м/с;
• х -- концентрация жидкой фазы;
• у -- концентрация паровой фазы;
• в -- коэффициент массоотдачи;
• е -- свободный объем. м²/м³;
• м -- вязкость, Па-с:
• с -- плотность, кг/м³ ;
• у -- поверхностное натяжение, Н/м;
• ш -- коэффициент смачиваемости;
• Re -- критерий Рейнольдса;
• Fr -- критерий Фруда:
• Гс -- критерий гидравлического сопротивления;
• Nu' -- диффузионный критерий Нуссельта;
• Рг' -- диффузионный критерий Прандтля.

Введение

Ректификация - массообменный процесс, который осуществляется в большинстве случаев в противоточных колонных аппаратах с контактными элементами (насадки, тарелки), аналогичными аппаратам, используемым в процессах абсорбции. Поэтому методы подхода к расчету и проектированию ректификационных и абсорбционных установок имеют много общего. Тем не менее ряд особенностей процесса ректификации (различное соотношение нагрузок по жидкости и пару в нижней и верхней частях колонны, переменный по высоте коэффициент распределения, совместное протекание процессов массо- и теплопереноса) осложняет его расчет.

Одна из сложностей, с которой встречаются проектировщики, заключается в том, что в литературе отсутствуют обобщенные закономерности для расчетов кинетических коэффициентов процесса ректификации. В наибольшей степени это относится к колоннам диаметром более 800 мм, с насадками и тарелками, широко применяемыми в химических производствах. Большинство рекомендаций сводится к использованию для расчетов ректификационных колонн кинетических зависимостей, полученных при исследовании абсорбционных процессов.

Принципиальная схема ректификационной установки приведена на рис.1. Исходная смесь из промежуточной емкости 1 центробежным насосом 2 подается в теплообменник 3, где подогревается до температуры кипения. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну 5 на тарелку питания, где состав жидкости равен составу исходной смеси X_F.

Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике 4. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка X_W, т.е. обеднен легколетучим компонентом. В результате массообмена с жидкостью пар обогащается легколетучим компонентом. Для более полного обогащения верхнюю часть колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом жидкостью (флегмой) состава X_P, которая получается в дефлегматоре 6 путем конденсации пара, выходящего из колонны. Часть конденсата выходит из дефлегматора в виде готового продукта разделения - дистиллята, который охлаждается в теплообменнике 7, и направляется в промежуточную емкость 8.

Из кубовой части колонны насосом 9 непрерывно выводится кубовая жидкость - продукт, обогащенный труднолетучим компонентом, который охлаждается в теплообменнике 10 и направляется в емкость 11.

Таким образом, в ректификационной колонне осуществляется непрерывный неравновесный процесс разделения исходной смеси на дистиллят с высоким содержанием легколетучего компонента и кубовый остаток, обогащенный труднолетучим компонентом.

Рис. 1. Принципиальная схема ректификационной установки

1- Промежуточная ёмкость; 2- Центробежный насос; 3- Теплообменник; 4- Кипятильник; 5- Ректификационная колонна; 6- Дефлегматор; 7- Теплообменник; 8- Промежуточная ёмкость; 9- Центробежный насос; 10- Теплообменник; 11- Ёмкость.

Задание на проектирование

Спроектировать ректификационную установку непрерывного действия с ситчатыми тарелками, для разделения бинарной смеси бензол-толуол под давлением 1.0 атм. Производительность по исходной смеси 6000 кг/ч. Содержание легколетучего компонента в исходной смеси 56%, в дистилляте 97%, в кубовом остатке 8%. Исходная смесь перед подачей в колонну подогревается до температуры 50 ⁰С.

Т_кип (C₆Н₆) = 80,2 ⁰С Т_кип (С₆Н₅СН₃) = 110,6 ⁰С

Равновесный состав жидкости (Х) и пара (Y) и температуры кипения (t) бинарной смеси бензол-толуол.

Таблица 1.

1. Материальный баланс колонны и рабочее флегмовое число

Производительность колонны по дистилляту Р и кубовому остатку W определим из уравнений материального баланса колонны:

; . (1.1)

Отсюда находим:

кг/с,

кг/с,

Для дальнейших расчетов пересчитаем составы фаз питания, дистиллята и кубового остатка из массовых долей в мольные по соотношению:

, (1.2)

где М_нк(C₆H₆) и М_вк(С₆Н₅СН₃) -- молекулярные массы соответственно низкокипящего и высококипящего компонентов. М_нк = 78 кг/кмоль; М_вк = 92 кг/кмоль.

Получим: 0,600 кмоль/кмоль смеси,

0,974 кмоль/кмоль смеси,

0,093 кмоль/кмоль смеси.

Построим диаграмму равновесия между паром и жидкостью в координатах у-х (состав пара - состав жидкости). По диаграмме определим - концентрацию легколетучего компонента в паре, находящемся в равновесии с исходной смесью. Равновесные данные взяты из методического указания [8].

Рис. 1. Диаграмма равновесия между паром и жидкостью в координатах Y - X.

Из диаграммы получим 0,79 кмоль/кмоль смеси.

Нагрузки ректификационной колонны по пару и жидкости определяются рабочим флегмовым числом R; его оптимальное значение R_опт можно найти путем технико-экономического расчета. Ввиду отсутствия надежной методики оценки R_опт используют приближенные вычисления, основанные на определении коэффициента избытка флегмы (орошения): = R/R_min , где R_min -- минимальное флегмовое число:

 (1.3)

При этом коэффициент избытка флегмы будет равен:

Уравнение рабочей линии верхней части колонны:

,

где -- отрезок на оси У.

Y = 0,609 • X + 0,381

Уравнение рабочей линии нижней части колонны:

,

где -- отрезок на оси У.

Y = 1,261 • X - 0,024

2. Определение объемов пара и жидкости, проходящих через колонну