Схема ректификационной установки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Техническое задание по проектированию

Рассчитать ректификационную колонну с ситчатыми тарелками для разделения под атмосферным давлением, с расходом = 7т/ч жидкой смеси S (бензол-толуол) с концентрацией нискокипящего компонента = 20% (масс.). Исходная смесь поступает в колонну при температуре кипения. Требования к чистоте продуктов =90%(масс.), =1,4% (масс.)



Введение

Для разделения смеси жидкости обычно прибегают к перегонке, основанной на разной температуре кипения компонентов смеси. При испарении компонент с более низкой температурой кипения (НК) переходит в пары, а компонент с более высокой температурой кипения (ВК) остается в жидком состоянии. Для достижения наиболее полного разделения компонентов применяют ректификацию. Ректификация заключается в противоточном взаимодействии паров образующихся при перегонке, с жидкостью, получающейся при конденсации паров.

В ректификационном аппарате снизу вверх движутся пары, а сверху подается жидкость, представляющая собой почти чистый НК. При соприкосновении поднимающихся паров со стекающей жидкостью происходит частичная конденсация паров и частичное испарение жидкости. При этом из паров конденсируется преимущественно ВК, а из жидкости испаряется преимущественно НК. Таким образом, стекающая жидкость обогащается ВК, а поднимающиеся пары обогащаются НК, в результате чего выходящие из аппарата пары представляют собой почти чистый НК. Эти пары поступают в конденсатор, называемый дефлегматором, и конденсируются. Часть конденсата, возвращаемая на орошение аппарата, называется флегмой, другая часть отводится в качестве дистиллята.

Как и для всех массобменных процессов эффективность ректификации зависит от поверхности контакта фаз. Для увеличения поверхности массобмена используют различные контактные устройства насадочного или барботажного типа. Наиболее распространенными ректификационными установками являются барботажные колонны с различными типами тарелок: колпачковыми, ситчатыми, провальными и т.п. Наиболее универсальны колонны с колпачковыми тарелками, но при разделении незагрязненных жидкостей в установках с постоянной нагрузкой, хорошо зарекомендовали себя аппараты с ситчатыми тарелками, отличающимися простотой конструкции и легкостью в обслуживании.



1. Схема ректификационной установки

корпус колонны;

тарелка;

тарелка питания;

подогреватель питания;

кипятильник;

дефлегматор;

конденсатор (холодильник);

гидравлический затвор;

GF , GV , G R , G D, GW ,- мольные расходы питания, паров выходящих с верху колонны , флегмы, дистиллята и остатка .

XF , XD , XW - мольные доли НК в питании, дистилляте и остатке



2. Расчетная часть

2.1 Материальный баланс

Пусть GD и GW - массовые расходы дистиллята и кубового остатка, кг/час Уравнение материального баланса:

GD+ GW = GF - общий баланс

GD•D+ GW•w = GF•F - по НК

GF =7 т/ч=7000 кг/ч

Из системы уравнений материального баланса определяем:

=5632,18

=1367,82

Для дальнейших расчетов выразим концентрации питания, дистиллята и кубового остатка в мольных долях.

Сделаем перерасчет концентраций из массовых долей в мольные

=78 кг/кмоль- мольная масса нк (бензол).

=92 кг/кмоль- мольная масса вк (толуол).

Питание:

Дистиллят:

Кубовый остаток:

Определяем относительный мольный расход питания:

Находим по диаграмме состав-состав (x-y) (Приложение 1), которую мы построили по данным о фазовом равновесии разделяемой бинарной системы. [1, с. 386] := 0,43 Ї мольная доля НК в паре, равновесном с жидкостью питания. Определяем минимальное флегмовое число:



. [2, с. 332]

Рабочее флегмовое число:

R=1,3•+0,3

R=1,3•2,42+0,3=3,4

Определяем уравнение рабочих линий: [2, с. 320]

а) для верхней (укрепляющей) части:

у=0,77•x+0,21.

б) для нижней (исчерпывающей) части:

у= 1,73•x-0,012.

2.2 Определение скорости пара и диаметра колонны

Средние концентрации жидкости:

а) в верхней части колонны:

(0,230+0,914)/2= 0,572.

Б) в нижней части колонны:

= (0,230+0,016)/2= 0,123.

Средние концентрации пара находим по уравнениям рабочих линий:

а) в верхней части колонны:

0,77•+0,21=0,77•0,572+0,21=0,650,

б) в нижней части колонны:

=1,73•-0,012=1,73•0,123-0,012=0,201.

Средние температуры определяем о диаграмме t-x,y (Приложение 2)

При =0,650 =94

При =0,2 =102,2

Средние мольные массы и прлотность пара:

а)верх колонны:

=

=0,650•78+(1-0,670)•92=84,46кг/кмоль

=89,2 кг/

б) низ колонны:



=

=0,2•78+(1-0,2)•92=89,2 кг/кмоль

=2,90 кг/

Средняя плотность пара в колонне:

2,85кг/

Температура в верху колонны при =0,914 равна 81, а кубе-испарителе при =0,016 равна 110.

Находим температуры флегмы и кубовой жидкости по диаграмме t-x,y (Приложение 2).

Плотность жидкого бензола при 81 =813,9 кг/, жидкого толуола при 110 = 777кг/.

Принимаем среднюю плотность жидкости в колонне:

= 800 кг/.

Определяем скорость пара в колонне по уравнению[2, с. 322]:

Коэффициент =[0,1 ••• -(q-35)],

где Н-межтарельчатое расстояние, возьмем 0,4м

q-линейная плотность орошения , 10-25 ,возьмем 10

-1,2 для ситчатых тарелок,

-1 при атмосферном давлении,

-0,00034.

= [0,1•1,2•1•-0,00034•(10-35)]=0,084,

0,084•=1,40 м/с.

Определяем мольную массу дистиллята:

,

=0,914•78+(1-0,914)•92=79,20 кг/кмоль.

Объемный расход пара при средней температуре в колонне =(94+102,2)/2=98

Вычисляем диаметр колонны:

По каталогу-справочнику «Колонные аппараты» берем D=800 мм.

Тогда скорость пара в колонне будет:

Определяем П= (0,7-0,75)•Р=0,7•0,68=0,5м.

П-периметр сливной перегородки,м.

b- определяют по формуле [3, с. 519],

Определяем среднюю мольную массу жидкости в верхней части колонны:

=0,572•78+(1-0,572)•92=84 кг/кмоль

Объемный расход в верхней части колонны:

Линейная плотность орошения в верхней части колонны:

2.3 Гидравлический расчет тарелок

Гидравлическое сопротивление тарелки равно сумме потерь напора на сухой тарелке и в слое жидкости:

а)верхняя часть колонны:

Потеря напора на неорошаемой тарелке:

ж

где ж-1,82- коэффециент сопротивления неорошаемых ситчатых тарелок со свободным сечением 7-10%,

= 16,3 м/с.

где -доля свободного сечения тарелки.

1,82••2,8/2=677 Па.

Потеря напора в слое жидкости:

= т ()

где -высота сливной планки, м;

=0,04 м.;

-подпор жидкости над сливной планкой;

-средняя плотность жидкости.

,

Потеря напора в слое жидкости:

=796•9,81•(0,04-0,000071)=311,80 Па.

Определяем сопротивление орошаемой тарелки:

=677+311,8=989 Па.

б) нижняя часть колонны:

Сопротивление сухой тарелки:

ж,

=1,82•701 Па

,

Средняя мольная масса жидкости в нижней части колонны:

=0,123•78+(1-0,123)•92=90,3 кг/кмоль.

Средняя мольная масса питания:

,

=0,230•78+(1-0,230)•92=88,8 кг/кмоль.

Объемный расход жидкости:



,

.

Сопротивления слоя жидкости на тарелке:

= 796•9,81(0,04+0,0013)=311,3 Па

Сопротивление на орошаемой тарелке:

?=+=701+311,3=1012,3 Па.

Суммарное сопротивление всех тарелок:

,

=14•989+14•1012,3=28018,2 Па.

2.4 Определение числа тарелок и высоты колонны

Строим рабочую диаграмму процесса ректификации y-x, т.е. чертим равновесную и рабочие линии процесса. Вписываем прямоугольные треугольники между равновесной и рабочими линиями, получаем число теоретических тарелок в верхней и нижней части колонны (Приложение 3):

=7; =7.

Число тарелок рассчитываем по уравнению (2,с356):

n=/з,

Для определения среднего к.п.д. тарелок з находим коэффициент относительной летучести разделяемых компонентов б= и динамичесий коэффициент вязкости исходной смеси м при средней температуре в колонне, равной 98.

При этой температуре давление насыщенного пара бензола =1000мм рт. ст., толуола 380 мм рт. ст., откуда б=1000/380= 2,632.

Динамический коэффициент вязкости бензола при 98 равен 0,27 сП, толуола 0,28 сП.

Принимаем динамический коэффициент вязкости исходной смеси:

=0,27+0,28/2=0,28 сП. сП=0,28•Па•с.

Тогда:

б•м=2,632•0,28=0,75.

Находим по рисунку 7.4[2,с. 323] средний к.п.д. тарелок з=0,50.

Длина пути жидкости на тарелке:

l= D-2b=0,8-2•0,09=0,62м.

По рисунку 7.5 [2,с.324] находим значение поправки на длину пути ?, т.к. l<0,9, ?=0.

Вычисляем число действительных тарелок в верхней и нижней частях колонны:

2.5 Тепловой расчет колонны

Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре- конденсаторе, находим по уравнению:

Расход теплоты получаемой в кубе-испарителе от греющего пара находим по уравнению:

Все значения теплоемкостей находим из справочника [2,с.562]:

Расход тепла в паравом подогревателе питания:

Расход тепла,отдаваемого дистиллятом воде в холодильнике:

Расход тепла, принимаемого водой от кубового остатка в холодильнике:

Расход греющего пара с давлением =4ат. И влажностью 5%:

а) в кубе-испарителе:

Всего пара 0,816 кг/с или 2,9 т/ч.

Расход охлаждающей воды при нагреве ее на 20:



3. Подбор стандартных деталей

Опора аппарата

Конструкция стандартной цилиндрической опоры для стальных сварных аппаратов с местными косынками.

По диаметру выбираем опору. Основные размеры цилиндрических опор для колонных аппаратов ОСТ 26-467-78 [12, с. 288].

дистиллят гидравлический ректификационный

D	D1	D2	DБ	S1	S2	d1	H1	Число болтов
800	1080	750	960	8	20	28	1500	6



Днище эллиптическое отбортованное

Днище является одним из основных элементов химических аппаратов. Цилиндрические цельносварные корпусы как горизонтальных, так и вертикальных аппаратов с обеих сторон ограничиваются днищами. Формы днищ бывают эллиптические, полушаровые, в виде сферического сегмента, конические и цилиндрические. Наиболее распространенной формой является эллиптическая. Они изготавливаются горячей штамповкой из плоских круглых заготовок, состоящих из одной или нескольких частей, сваренных между собой.

Диаметр аппарата D=1200 мм. Размеры эллиптических отбортованных днищ с внутренними базовыми диаметрами по таблице 7.2. [12, с. 116] ГОСТ 6533-78 выбираем днище и крышку.

D,мм	S	HД	h0
	мм
800	8	200	25

дистиллят гидравлический питание



Список использованной литературы

1. Коган В.Е, Фридман В.М, Кафаров В.В. «Равновесие между жидкостью и паром» справочник М-Л Наука 1966

2. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. «Примеры и задачи по курсу ПАХТ» Л, Химия, 1987, с.576

3. Рамм В.М., «Абсорбция газов» М, Химия 1976.

4. Савельев Н.И., и др. «Расчет и конструирование ректификационных колонн с использованием ЭВМ» Наири, Казань, 1983, с.48

5. Под ред. Судакова «Расчет основных процессов и аппаратов нефтепереработки» справочник, М., Химия, 1979, с.568

6. Александров И.А. «Массопередача при ректификации и абсорбции многокомпонентных веществ» М., Химия, 1982, с.554

7. Основные процессы и аппараты химической технологии; Пособие по проектированию/Под ред. Ю.И. Дытнерского. М.: Химия, 1991-496с.

Размещено на Allbest.ru

...