Проектирование колонны ректификации для разделения смеси этанол-вода

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

государственное образовательное учреждение высшего и профессионального образования

НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра: Физика и технология материалов и компонентов электронной техники

Пояснительная записка

к курсовой работе:

ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОЛОННЫ РЕКТИФИКАЦИИ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСИ ЭТАНОЛ-ВОДА

СТУДЕНТ

Мубинова А.Ф.

РУКОВОДИТЕЛЬ

Дроздов П.Н.

2010г.

Содержание

Задание на проектирование

1. Теоретическая часть

2. Схема ректификационной колонны

4. Расчет ректификационной колонны

4.1 Расчет материального баланса

4.2 Расчет скорости пара и диаметра колонны

4.3 Расчет высоты насадки

4.4 Расчет гидравлического сопротивления насадки

4.5 Тепловой расчет установки

Заключение

Список использованных источников

Задание на проектирование

Рассчитать и спроектировать колонну ректификации (насадочная) для разделения смеси этанол - вода поступающей в количестве 10 тонн в час. Состав исходной смеси 40% (масс.) этанола и 600% (масс.) воды. Кубовый остаток содержит 1% массовых этанола, дистиллят - 94%. Ректификация производится при атмосферном давлении. Нагрев производится водяным паром Р_изб=1 атм.

1. Теоретическая часть

Ректификация представляет собой процесс многократного частичного испарения жидкости конденсацией паров. Процесс осуществляется путем контакта потоков пара и жидкости, имеющих различную температуру, и проводятся обычно в колонных аппаратах. При каждом контакте из жидкости испаряется преимущественно низкокипящий компонент, которым обогащаются пары; из паров конденсируется преимущественно высококипящий компонент, переходящий в жидкость. Такой двусторонний обмен компонентами, повторяемый многократно, позволяет получить в конечном счете пары, представляющие собой почти чистый низкокипящий компонент. Эти пары после конденсации в отдельном аппарате дают дистиллят (ректификат) и флегму - жидкость, возвращаемую для орошения колонны и взаимодействия с поднимающимися парами. Пар получают путем частичного испарения снизу колонны остатка, являющегося почти чистым высококипящим компонентом.

Ректификация известна с начала XIX века как один из важнейших технологических процессов, главным образом спиртовой и нефтяной промышленности. В настоящее время ректификацию все шире применяют в самых различных областях химической технологии, где выделение компонентов в чистом виде имеет весьма важное значение (в производстве органического синтеза, изотопов, полимеров, полупроводников и различных других веществ высокой чистоты).

Процесс ректификации осуществляется путем многократного контакта между неравновесными жидкой и паровой фазами, движущимися относительно друг друга.

При взаимодействии фаз между ними происходит массо- и теплообмен, обусловленный стремлением системы к состоянию равновесия. В результате каждого контакта компоненты перераспределяются между фазами: пар несколько обогащается низкокипящим компонентом, жидкость - высококипящим. Многократное контактирование приводит к практически полному разделению исходной смеси.

Таким образом, отсутствие равновесия и соответственно наличие разности температур фаз при движении фаз с определенной относительной скоростью и многократном их контактировании являются необходимыми условиями проведения ректификации.

Процессы ректификации осуществляются периодически или непрерывно при различных давлениях: при атмосферном давлении, под вакуумом (для разделения смесей высококипящих веществ), а также под давлением больше атмосферного (для разделения смесей, являющихся газообразными при нормальных температурах).

Устройство ректификационных аппаратов.

Для проведения процессов ректификации применяют аппараты разнообразных конструкций основные типы которых не отличаются от соответствующих типов абсорберов.

Рис. 1 Ректификационная колонна непрерывного действия: 1 - колонна; 2 - кипятильник; 3 - дефлегматор

В ректификационных установках используют главным образом аппараты двух типов: насадочные и тарельчатые ректификационные колонны. Кроме того, для ректификации вакуумом применяют пленочные и роторные колонны различных конструкций

Насадочные, барботажные, а также некоторые пленочные колонны по конструкции внутренних устройств (тарелок, насадочных тел и т. д.) аналогичны абсорбционным колоннам. Однако в отличие от абсорберов ректификационные колонны снабжены теплообменными устройствами - кипятильником (кубом) и дефлегматором (рис. 1). Кроме того для уменьшения потерь тепла в окружающую среду ректификационные аппараты покрывают тепловой изоляцией.

Рис- 2. Варианты установки дефлегматоров: а - на колонне: б - ниже верха колонны; 1 -дефлегматоры; 2 - колонны: 3 - насос.

Кипятильник или куб, предназначен для превращения в пар части жидкости, стекающей из колонны, и подвода пара в ее нижнюю часть (под насадки или нижнюю тарелку). Кипятильники имеют поверхность нагрева в виде змеевика или представляют собой кожухотрубчатый теплообменник, встроенный в нижнюю часть колонны. Более удобны для ремонта и замены выносные кипятильники, которые устанавливают ниже колонны с тем, чтобы обеспечить естественную циркуляцию жидкости.

Дефлегматор, предназначенный для конденсация паров и подачи орошения (флегмы) колонны, представляет собой кожухотрубчатый теплообменник, в межтрубном пространстве которого обычно конденсируются пары, а в трубах движется охлаждающий агент (вода).

В случае частичной конденсации паров в дефлегматоре, его располагают непосредственно над колонной, чтобы обеспечить большую компактность установки, либо вне колонны (рис 2). При этом конденсат (флегму) из нижней части дефлегматора подают непосредственно через гидравлический затвор наверх колонны, так как в данном случае отпадает необходимость в делителе флегмы.

Рис. 3. Сетчатая колонна: а - схема устройства колонны; б - схема устройства тарелки; 1 - корпус; 2 - тарелка; 3 - переливная труба; 4 - стакан.

В случае полной конденсации паров в дефлегматоре его устанавливают выше колонны, непосредственно на колонне или ниже верха колонны для того, чтобы уменьшить общую высоту установки. В последнем случае флегму из дефлегматора 1 подают в колонну 2 насосом. Такое размещение дефлегматора часто применяют при установке ректификационных колонн вне зданий, что более экономично в условиях умеренного климата.

Барботажные (тарельчатые) колонны. (Рис 3). Эти аппараты в процессах ректификации наиболее широко распространены. Они применимы для больших производительностей, широкого диапазона изменения нагрузок по пару и жидкости могут обеспечить весьма четкое разделение смесей. Недостаток барботажных аппаратов - относительное высокое гидравлическое сопротивление - в условия ректификации не имеет существенного значения. При ректификации повышение гидравлического сопротивления приводит лишь к некотором увеличению давления и соответственно повышению температуры кипения жидкости в кипятильнике колонны. Однако тот же недостаток сохраняет свое значение для процессов ректификации под вакуумом.

В таких колоннах используют различные виды тарелок: ситчатые, колпачковые, провальные, клапанные, пластинчатые и др.

Ситчатые тарелки. (Рис. 3). Колонна с ситчатыми тарелками представляет собой вертикальный цилиндрический корпус с горизонтальными тарелками, в котором равномерно по всей поверхности просверлено значительное число отверстий диаметром 1-5 мм. Газ проходит сквозь отверстия тарелки и распределяется в жидкости в виде мелких струек и пузырьков. Ситчатые тарелки отличаются простотой устройства, легкостью монтажа, осмотра и ремонт. Гидравлическое сопротивление этих тарелок невелико. Ситчатые тарелки устойчиво работают довольно широком интервале скоростей газа, причем в определенных нагрузках по газу и жидкости эти тарелки обладают высокой эффективностью. Вместе с тем ситчатые тарелки чувствительны к загрязнителям и осадкам, которые забивают отверстия тарелок.

Колпачковые тарелки.

Менее чувствительны к загрязнениям, чем ситчатые, и отличаются более высоким интервалом устойчивой работы колонны с колпачковыми тарелками. Газ на тарелку поступает по патрубкам, разбиваясь затем прорезями колпачка на большое число отдельных струй. Далее газ проходит через слой жидкости, перетекающей по тарелке от одного сливного устройства к другому.



Рис. 4. Схема работы колпачковой тарелки.

При движении через слой значительная часть мелких струй распадается и газ распределяется в жидкости в виде пузырьков. Интенсивность образования пены и брызг на колпачковых тарелках зависит от скорости движения газа и глубины погружения колпачка в жидкость. Колпачковые тарелки изготовляют с радиальным или диаметральным переливами жидкости. Колпачковые тарелки устойчиво работают при значительных изменениях нагрузок

по газу и жидкости. К их недостаткам следует отнести сложность устройства и высокую стоимость, низки предельные нагрузки ею газу, относительно высоко гидравлическое сопротивление, трудность очистки.

Клапанные тарелки. (рис. 5). Принцип действия клапанных тарелок состоят в том, что свободно лежащий над отверстием в тарелке круглый клапан с изменением расхода газа своим весом автоматически регулирует величину площади зазора между клапаном и плоскостью тарелки для прохода газа и тем самым поддерживает постоянной скорость газа при его истечении в барботажный слой.

При этом с увеличением скорости газа в колонне гидравлическое сопротивление клапанной тарелки увеличивается незначительно. Высота подъема клапана ограничивается высотой кронштейна ограничителя и обычно не превышает 8 мм.



Рас. 5. Клапанные тарелки: а, б - с круглыми колпачками; в с пластинчатым клапаном; г - балластная; 1-клапан; 2 - кронштейн- ограничитель; 3-балласт.

Достоинства клапанных тарелок: сравнительно высокая пропускная способность по газу и гидродинамическая устойчивость, постоянная высокая эффективность в широком интервале нагрузок по газу.

Насадочные колонны. В этих колоннах используются насадки различных типов, но в промышленности наиболее распространены колонны с насадкой из колец Рашига. Меньшее гидравлическое сопротивление насадочных колонн по сравнению с барботажными особенно важно при ректификации под вакуумом. Даже при значительном вакууме в верхней части колонны вследствие большого гидравлического сопротивления ее разрежение в кипятильнике может оказаться недостаточным для требуемого снижения температуры кипения исходной смеси.

Для уменьшения гидравлического сопротивления вакуумных колонн в них применяют насадки с возможно большим свободным объемом.

В самой ректификационной колонне не требуется отводить тепло. Поэтому трудность отвода тепла из насадочных колонн является скорее достоинством, чем недостатком насадочных колонн в условиях процесса ректификации.

Однако и при ректификации следует считаться с тем, что равномерное распределение жидкости по насадке в колоннах большого диаметра затруднено. В связи с этим диаметр промышленных насадочных ректификационных колонн обычно не превышает 0,8-1 м.

Пленочные аппараты. Эти аппараты применяется для ректификации под вакуумом смесей, обладающих малой термической стойкостью при нагревании (например, различные мономеры, полимеры, а также другие продукты органического синтеза).

В ректификационных аппаратах пленочного типа достигается низкое гидравлического сопротивление. Кроме того, задержка жидкости в единице объема работающего аппарата мала. К числу пленочных ректификационных аппаратов относятся колонны с регулярной насадкой в виде пакетов вертикальных трубок диаметром 6-20 мм (многотрубчатые колонны), а также пакетов плоскопараллельной или сотовой насадки с каналами различной формы, изготовленной из перфорированных металлических листов или металлической сетки.

Недостатки роторных колонн: ограниченность их высоты и диаметра (из-за сложности изготовления и требований, предъявляемых к прочности и жесткости ротора), а также высоки эксплуатационные расходы.

2. Схема ректификационной установки

Рис.6. Принципиальная схема ректификационной установки.

Описание ректификационной установки

Принципиальная схема ректификационной установки представлена на рис. Исходная смесь из промежуточной емкости 9 центробежным насосом 10 подается в теплообменник 5, где подогревается до температуры кипения. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну, на тарелку питания, где состав жидкости равен составу исходной смеси Хf.

Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике 2. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка Xw, 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) состав Хр, которая получается в дефлегматоре 3 путем конденсации пара, выходящего из колонны. Затем жидкость направляется в делитель флегмы 4. Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения дистиллята, который охлаждается в теплообменнике 6, и направляется в сборник дистиллята 11 при помощи насоса 10.

Из кубовой части колонны насосом 10 непрерывно выводится кубовая жидкость - продукт, обогащенный труднолетучим компонентом, который охлаждается в холодильнике остатка 7 и направляется в емкость 8. Таким образом, в ректификационной колонне осуществляется непрерывный неравномерный процесс разделения исходной бинарной смеси на дистиллят с высоким содержанием легколетучего компонента и кубовой остаток, обогащенный труднолетучим компонентом.

4.1 Расчет материального баланса

Уравнения материального баланса ректификационной колонны непрерывного действия, учитывающее количество поступающих и уходящих потоков, имеет следующий вид:

F = P + W (1)

где F - количество поступающей на разделение смеси, кг/с;

P - массовый расход дистиллята, кг/с;

W - массовый расход кубового остатка, кг/с;

Уравнение материального баланса с учетом содержания легколетучего (низкокипящего) компонента в исходной смеси (питании), дистилляте и кубовом остатке имеет вид:

(2)

где - концентрация низкокипящего компонента в дистилляте, массовые доли;

- концентрация низкокипящего компонента в кубовом остатке, массовые доли;

- концентрация низкокипящего компонента в исходной смеси, массовые доли.

Находим массовый расход кубового остатка W из уравнения (2),а затем массовый расход дистиллята P из уравнения (1):

кг/с

кг/с

Пересчитаем составы фаз из массовых в мольные по соотношению:

= кмоль/кмоль

кг/моль - мольная масса низкокипящего компонента;

кг/моль - мольная масса высококипящего компонента.

Аналогично находим: кмоль/кмоль смеси; кмоль/кмоль,

- содержание низкокипящего компонента в дистилляте, кмоль/кмоль;

- содержание низкокипящего компонента в кубовом остатке, кмоль/кмоль.

Для проведения дальнейших расчетов нам необходимо построить кривую равновесия в координатах для системы этанол-вода при атмосферном давлении. Здесь - мольные доли этанола в жидкости и в равновесном с ним паре.

Все необходимые данные для построения кривой равновесия приведены в таблице:

Температура, С	Концентрация этанола, мольные доли
	в жидкости, х	в паре, y
100	0	0
90,5	0,05	0,332
86,5	0,1	0,442
83,2	0,2	0,531
81,7	0,3	0,576
80,8	0,4	0,614
80	0,5	0,654
79,4	0,6	0,699
79	0,7	0,753
78,6	0,8	0,818
78,4	0,9	0,898
78,4	1,0	1,0

По данным таблицы строим кривую равновесия в координатах для системы этанол - вода при атмосферном давлении. Кривая равновесия представлена на рис.7.

Минимальное флегмовое число определяется по уравнению:

(3)

где =0,53- концентрация низкокипящего компонента в паре, равновесном с жидкостью питания (определяется с помощью кривой равновесия ).

Рабочее число флегмы определяется по уравнению:

(4)

Далее определяем средний массовый расход по жидкости для верхней и нижней частей колонны по соотношениям:

, где

Рис.7

и- мольные доли массы исходной смеси и дистиллята;

и - средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны.

Мольную массу дистиллята в данном случае можно принять равной мольной массе легколетучего компонента - ацетона. Мольная масса жидкости в верхней и нижней частях колонны соответственно равна:

,

где

и - мольные массы этанола и воды; и - средний мольный состав жидкости соответственно в верхней и нижней части колонны:

кмоль/кмоль смеси

кмоль/кмоль смеси

Тогда

кг/моль

кг/моль

Мольная масса исходной смеси

кг/моль

Подставив, получим:

кг/с

кг/с

Средние массовые потоки пара в верхней и нижней частях колонны соответственно равны:

,

где

и - средние мольные массы паров в верхней и нижней частях колонны:

,

где

кмоль/кмоль смеси

кмоль/кмоль смеси

Тогда

кг/моль

кг/моль

Подставив, получим

кг/с

кг/с

4.2 Расчет скорости пара и диаметра колонны

Предельную фиктивную скорость пара , при которой происходит захлебывание насадочных колонн, определяют по уравнению:

,

где и - средние плотности жидкости и пара, кг/м³; - в мПас.

Поскольку отношения и физические свойства фаз в верхней и нижней частях колонны различны, определим скорости захлебывания для каждой части отдельно. колонна ректификация этанол вода

Найдем плотности жидкости и и пара и в верхней и нижней частях колонны при средних температурах в них t_в и t_н. Средние температуры определяем по диаграмме t - x, у.



t_в = 80°С t_н = 94°С

Рис.2

Тогда

кг/м³

кг/м³

Принимаем, что средняя плотность кг/м³.

Вязкость жидких смесей находим по уравнению:

,

где и - вязкости жидких этанола и воды при температуре смеси.

Тогда вязкость жидкости в верхней и нижней части колонны равна соответственно:

мПас мПас

Предельная скорость паров в верхней части колонны :

отсюда = 3,48 м/с.

Предельная скорость паров в нижней части колонны :

Отсюда = 3,581 м/с.

Примем рабочую скорость на 30 % ниже предельной:

м/с

м/с

Диаметр ректификационной колонны определяют из уравнения расхода:

Тогда диаметр верхней и нижней части колонны соответственно равны:

м

м

Выберем стандартный диаметр обечайки d = 1,0 м, одинаковый для обеих частей колонны.

При этом действительные скорости паров в колонне будут равны:

м/с

м/с

Что составляет соответственно 70 % и 71 % от предельных скоростей.

4.3 Расчет высоты насадки

Высоту насадки Н рассчитывают по модифицированному уравнению массопередачи:

где п_0у - общее число единиц переноса по паровой фазе; h_0y - общая высота единицы переноса, м.

Общее число единиц переноса вычисляют по уравнению:

Этот интеграл определяют обычно методом графического интегрирования:

где S - площадь, ограниченная кривой, ординатами и , и осью абсцисс; М_х , М_у - масштабы осей координат.

Данные для графического изображения функции приведены в таблице:

y	y*-y	1/(y*-y)
0,004	0,031	32,26
0,1	0,34	2,94
0,2	0,33	3,03
0,21	0,33	3,03
0,33	0,248	4,03
0,442	0,188	5,32
0,531	0,134	7,46
0,576	0,104	9,62
0,614	0,086	11,63
0,654	0,071	14,08
0,699	0,051	19,61
0,753	0,037	27,03
0,818	0,017	58,82
0,858	0,015	66,67

По рис.8 находим общее число единиц переноса в верхней п_0ув и нижней п_0ун частях колонны:

12,34 1,61



Рис.3

Общую высоту единиц переноса h_0y находят по уравнению аддитивности:

где h_x и h_y - частные высоты единиц переноса соответственно в жидкой и паровой фазах;

m - средний коэффициент распределения в условиях равновесия для соответствующей части колонны.

Отношение нагрузок по пару и жидкости G/L , кмоль/кмоль равно:

для верхней части колонны

G/L = ( R+1 )/R = (1,629+1)/1,629 = 1,614

для нижней части колонны

G/L = ( R+1 )/( R+f ) = (1,629+1)/(1,629+4,593) = 0,422

Здесь

f = FM_э/PM_F = 2,78·46/1,17·23,796 = 4,593

Высота единицы переноса в жидкой фазе равна:

Высота единицы переноса в паровой фазе равна:

где с и ш -коэффициенты, зависящие от отношения рабочей скорости пара к предельной щ/щ_П ; Ф - коэффициент, зависящий от массовой плотности орошения L; Z - высота слоя насадки одной секции, которая из условия прочности опорной решетки и нижних слоев насадки, а также из условия равномерности распределения жидкости по насадке не должна превышать 3 м; d - диаметр колонны, м; - критерий Прандтля для жидкости; - критерий Прандтля для пара; - массовая плотность орошения, кг/(м²·с); мПа·с); ; .

Для расчета h_x и h_y необходимо определить вязкость паров и коэффициенты диффузии в жидкой D_x и паровой D_y фазах.

Вязкость паров для верхней части колонны:

мПа·с

Аналогичным расчетом для нижней части колонны:

мПа·с

где µ_э и µ_в - вязкость паров этанола и воды при средней температуре верхней части колонны, мПа·с; у_в = (у_Р+у_F)/2 = 0,658, у_н = 0,227

Коэффициент диффузии в жидкости при средней температуре t (в °С) равен:

D_x = D_x20[1 + b( t -20)]

Коэффициенты диффузии в жидкости D_x20 при 20°С можно вычислить по приближенной формуле:

где А, В - коэффициенты, зависящие от свойств растворенного вещества и растворителя; х_э, х_в - мольные объемы компонентов в жидком состоянии пир температуре кипения, см³/моль; µ_х - вязкость жидкости при 20 °С, мПа·с.

Тогда коэффициент диффузии в жидкости для верхней части колонны при 20 °С равен:

м²/с

Температурный коэффициент b определяют по формуле:

Отсюда

D_xв = 4,106·10^-9 [ 1+ 0,0349(80-20)] = 12,7·10^-9 м²/с

Аналогично для нижней части колонны находим:

D_xн = 14,71·10^-9 м²/с

Коэффициент диффузии в паровой фазе может быть вычислен по уравнению:

Т - средняя температура в соответствующей части колонны, К; Р - абсолютное давление в колонне, Па.

Тогда в верхней части колонны D_yв равен:

м²/с

Аналогичным расчетом найдено значение:

D_yн = 17,83·10^-6 м²/с

Таким образом, для верхней части колонны:

м

м

Для нижней части колонны:

м

м

По уравнению находим общую высоту единицы переноса для верхней и нижней части колонны:

м

м

Значения m = 0,625 для верхней части колонны и m = 1,51 - для нижней определены арифметическим усреднением локальных значений m в интервалах изменения составов жидкости соответственно от x_F до x_P и от x_W до x_F.

Высота насадки в верхней и нижней частях колонны равна соответственно:

Н_в = 12,34·0,93 = 11,476 м

Н_н = 1,61·0,914 = 1,472 м

Общая высота насадки в колонне:

Н = 11,476 + 1,472 = 12,95 м

С учетом того, что высота слоя насадки в одной секции Z равна 3м, общее число секций в колонне составляет 4 (3 секции в верхней части и 1 - в нижней).

Общую высоту ректификационной колонны определяют по уравнению:

H = Zn + (n-1)h_p + Z_в + Z_н

где Z - высота насадки в одной секции, м; п - число секций, шт.; h_p -высота промежутков между секциями насадки, в которых устанавливают распределители жидкости, м; Z_в и Z_н - соответственно высота сепарационного пространства над насадкой и расстояние между днищем колонны и насадкой, м.

Значения Z_в и Z_н выбирают в соответствии с рекомендациями:

для колонн с диаметром 400-1000 мм Z_в = 600 мм, Z_н = 1500 мм.

Общая высота колонны

Н_к = 3·4+ ( 4-1 )0,5 + 0,6 + 1,5 = 15,6 м

4.4 Расчет гидравлического сопротивления насадки

Гидравлическое сопротивление насадки ДР находят по уравнению:

Гидравлическое сопротивление сухой неорошаемой насадки ДР_с рассчитывают по уравнению:

где л - коэффициент сопротивления сухой насадки, зависящий от режима газа в насадке.

Критерий Рейнольдса для газа в верхней и нижней частях колонны соответственно равен:

Следовательно, режим движения турбулентный.

Для турбулентного режима коэффициент сопротивления сухой насадки в виде беспорядочно засыпанных колец Рашига находят по уравнению:

Для верхней и нижней части колонны получим соответственно:

Гидравлическое сопротивление сухой насадки в верхней и нижней частях колонны равно:

Па

Па

Плотность орошения в верхней и нижней частях колонны определим по формулам:

м³/(м²·с)

м³/(м²·с)

Гидравлическое сопротивление орошаемой насадки в верхней и нижней частях колонны:

Па

Па

Общее гидравлическое сопротивление орошаемой насадки в колонне:

Па

4.5 Тепловой расчет установки

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

Вт

Здесь

Дж/кг

где r_э и r_в - удельные теплоты конденсации этанола и воды при 78 °С.

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

Вт

Здесь тепловые потери Q_пот приняты в размере 3 % от полезно затрачиваемой теплоты; удельные теплоемкости взяты соответственно при t_P = 78°C, t_W = 99°C и t_F = 80 °C, температура определена по графику t - x,y.

Расход теплоты в паровом подогревателе исходной смеси:

Здесь тепловые потери приняты в размере 5%, удельная теплоемкость исходной смеси взята при средней температуре 49°C

c_f =

Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике дистиллята:

,

где удельная теплоемкость дистиллята = 0,971•4190Дж/ кг•К взята при средней температуре 62⁰С.

Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике кубового остатка:

,

где удельная теплоемкость дистиллята = 0,967•4190Дж/ кг•К взята при средней температуре 51,5⁰С.

Расход греющего пара, имеющего давление р_абс= 1 атм = 1 кгс/см и влажность 5%:

А) в кубе-испарителе:

где - удельная теплота конденсации греющего пара.

Б) в подогревателе исходной смеси:

Всего: 0,11 + 0, 323 = 0,433 кг/с

Расход охлаждающей воды при нагреве ее до 20°С:

А) в дефлегматоре

Б) в водяном холодильнике дистиллята:

В) в водяном холодильнике кубового остатка:

Всего:

Заключение

Техническая характеристика

1. Аппарат предназначен для разделения смеси этилен - вода концентрацией 40% (масс).

2. Греющий пар имеет давление Р=1атм.

3. Температура среды в кубе до 94°С.

4. Среда в аппарате токсичная.

5. Тип колонны - насадочная.

6. Общая высота насадки - 13м.

6. Число секций насадки - 4.

Технические требования:

1. При изготовлении, испытания и поставки аппарата должны выполняться требования:

А) ГОСТ 12.2.003-74 "Оборудование производственное. Общие требования безопасности"

Б) ГОСТ 26-291-79 "Сосуды и аппараты стальные сварные. Технические требования"

2. Материал частей колонны, соприкасающийся с разделяемыми жидкостями или их парами, из стали Х17Н13М2Т ГОСТ 3632-72, остальные элементы колонны из стали Ст З ГОСТ 380-71.

3. Аппарат испытать на прочность и плотность гидравлически:

А) в горизонтальном положении - давлением 0,2 Мпа;

Б) в вертикальном положении - наливом.

4. Сварные соединения должны соответствовать требованиям ОН 26-01-71068 "Сварка в химическом машиностроении".

5. Сварные швы в объеме 100% контролировать рентгенопросвечиванием.

6. Неуказанный вылет штуцеров 120мм.

7. Размеры для справок.

Список литературы

1. Дытнерский Ю.И. "Основные процессы и аппараты химической технологии. Курсовое проектирование"

2. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. "Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии"

3. Дытнерский Ю.И." Процессы и аппараты химической технологии"

4. Фридман В.М, Коган В.Б. «Равновесие между жидкостью и паром», кн1.

Размещено на Allbest.ru

...