Ректификация ацетон-вода

Размещено на http://www.allbest.ru

Содержание

Перечень условных обозначений

Введение

1. Основная часть

1.1 Технологическая схема установки и ее описание

1.2 Технологический расчет аппарата

1.2.1 Материальный баланс

1.2.2 Определение скорости пара и диаметра колонны

1.2.3 Гидравлический расчет тарелок

1.2.4 Определение числа тарелок и высоты колонны

1.2.5 Тепловой расчет установки

2. Механический расчет

2.1 Штуцер для подачи исходной смеси

2.2 Штуцер для вывода проходящего через колонну пара

2.3 Штуцер для подачи флегмы

2.4 Штуцер для вывода кубовой жидкости

2.5 Штуцер для подачи восходящего пара, испаряемого из кубовой

Жидкости

Заключение

Список использованной литературы



Перечень условных обозначений

b - ширина сливной перегородки, м;

c - удельная теплоемкость, Дж/(кг*К);

сD - удельная теплоемкость дистиллята, Дж/(кг*К);

cF - удельная теплоемкость исходной смеси, Дж/(кг*К); cW - удельная теплоемкость кубового остатка, Дж/(кг*К); D -диаметр колонны, м;

d - диаметр штуцера, м;

do - диаметр отверстий тарелки, м; F - поверхность теплоотдачи, м2; GD -расход дистиллята, кг/с;

GF - расход исходной смеси, кг/с; GR - расход флегмы, кг/с;

GW - расход кубового остатка, кг/с; Gг.п. - расход греющего пара, кг/с;

g - ускорение свободного падения, м/с2;

Нт - общая высота ректификационной колонны, м; М - мольная масса, кг/кмоль;

МD - мольная масса дистиллята, кг/кмоль;

МF - мольная масса исходной смеси, кг/кмоль; MW - мольная масса кубового остатка, кг/кмоль; Mа - молярная масса ацетона, г/моль;

Мб- молярная масса бензола, г/моль;

QD - расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре- конденсаторе, Вт;

QF - расход теплоты в паровом подогревателе исходной смеси, Вт; QW - расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике кубового остатка, Вт;

QK - расход теплоты, получаемой в кубе-испарителе от греющего пара, Вт;

Qпот - тепловые потери колонны в окружающую среду, Вт;

Q - расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в водяном холо- дильнике дистиллята, м;

R - флегмовое число;

Rmin- минимальное флегмовое число; S - площадь, м2;

T - температура, К; t - температура, 0С;

tD - температура кипения дистиллята, 0С;

tF - температура кипения исходной смеси, 0С; tW - температура кипения кубового остатка, 0С;

VВ - объемный расход охлаждающей воды, м3/с;

V - объемный расход проходящего через колонну пара, м3/с; Vж - объемный расход жидкости, м3/с;

w - скорость пара в колонне, м/с; wЖ - скорость жидкости, м/с;

wП - скорость пара, м/с;

wП - предельная скорость паров, м/с; х - влагосодержание воздуха, кг/кг;

хD- мольная доля ацетона в дистилляте, кмоль/кмоль смеси;

хF -мольная доля ацетона в исходной смеси, кмоль/кмоль смеси; хW - мольная доля ацетона в кубовом остатке, кмоль/кмоль смеси;

????? - массовая доля ацетона в дистилляте, кг/кг смеси;

?????- массовая доля ацетона в исходной смеси, кг/кг смеси;

?????- массовая доля ацетона в кубовом остатке, кг/кг смеси; м - динамический коэффициент вязкости, Па*с;

o - поверхностное натяжение, Н/м;

? р - гидравлическое сопротивление тарелок, Па;

? pсух - гидравлическое сопротивление сухой тарелки, Па;

?ру - сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяже- ния, Па;

?рпж - сопротивление парожидкостного слоя на тарелки, Па;

??? - средняя концентрация низкокипящего компонента в жидкости в

ср

укрепляющей части колонны;

???? - средняя концентрация низкокипящего компонента в жидкости в

ср

исчерпывающей части колонны;

??? - средняя концентрация пара в укрепляющей части колонны;

ср

???? - средняя концентрация пара в исчерпывающей части колонны;

ср

??? - средняя температура в укрепляющей части колонны, oC;

ср

???? - средняя температура в исчерпывающей части колонны, oC;

ср

??? - средняя температура в укрепляющей части колонны, K;

ср

???? - средняя температура в исчерпывающей части колонны, K;

ср

??? - средняя мольная масса в укрепляющей части колонны, кг/моль;

ср

???? - средняя мольная масса в исчерпывающей части колонны,

ср

кг/моль;

??ср - средняя мольная масса жидкости, кг/моль;

??? - средняя плотность пара в верхней части колонны, кг/м3;

ср

???? - средняя плотность пара в нижней части колонны, кг/м3;

ср

??п -средняя плотность пара в колонне, кг/м3;

??а -плотность жидкого ацетона, кг/м3;

??в -плотность воды, кг/м3;

??ж - средняя плотность жидкости в колонне, кг/м3; h - расстояние между тарелками, м;

hп - высота сливной перегородки, мм;

о - коэффициент сопротивления неорошаемых ситчатых тарелок со свободным сечением 7-10%;

wo - скорость пара в отверстиях тарелки, м/с; hпж - высота парожидкостного слоя, м;

??пж - плотность парожидкостного слоя (пены), кг/м3;

?h - высота слоя над сливной перегородкой, м; П - периметр сливной перегородки, м;

R - радиус тарелки, м;

2/3П b - приближенное значение площади сегмента;

????- общее гидравлическое сопротивление тарелки в верхней части колонны, Па;

?????- общее гидравлическое сопротивление тарелки в нижней части колонны, Па;

Womin - минимальная скорость пара в отверстиях, м/с;

nт - теоретическое число ступеней изменения концентрации;

??? - теоретическое число ступеней изменения концентрации в верх-

т

ней части колонны;

???? - теоретическое число ступеней изменения концентрации в ниж-

т

ней части колонны;

n - рассчитанное число тарелок; з - среднее к.п.д тарелок;

зl - среднее к.п.д тарелок с учетом поправки;

б - коэффициент относительной летучести разделяемых компонен- тов;

Ра - давление насыщенного пара ацетона, мм.рт.ст.; Рб- давление насыщенного пара бензола, мм.рт.ст.; l - длина пути жидкости на тарелке, м;

? - значение поправки на длину пути; К1, К2 - безразмерные комплексы;

Sсв - относительная площадь свободного сечения тарелки, м2; hп - высота сливной перегородки, м;

Dж - коэффициент диффузии легколетучего компонента в исходной смеси, м2/с;

в - параметр, учитывающий ассоциацию молекул растворителя; х - мольный объем диффундирующего вещества;

M - мольная масса растворителя, кг/кмоль;

rг.п - удельная теплота конденсации греющего пара, Дж/кг; rа - удельная теплота конденсации ацетона, Дж/кг;

rб - удельная теплота конденсации бензола, Дж/кг;



Введение

Ректификация - процесс разделения гомогенных жидких смесей путем многократного взаимного обмена компонентами между жидкой и газовой фазами, движущимися обычно противотоком друг к другу [1].

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

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

Ректификация всё шире применяется в самых различных областях химической технологии, где выделение компонентов в чистом виде имеет весьма важное значение (например, для выделения нефти, для получения азота и кислорода из воздуха, для получения этилового спирта).



1. Основная часть

1.1Технологическая схема ректификационной установки

1- емкость для исходной смеси; 2,9- насосы; 3- теплообменник-

подогреватель; 4- кипятильник; 5- ректификационная колона; 6- дефлегма- тор; 7- холодильник дистиллята; 8- емкость для сбора дистиллята; 10- хо- лодильник кубовой жидкости; 11- емкость для кубовой жидкости.

Рисунок 1 - Принципиальная схема ректификационной установки [2]

В установке для непрерывной ректификации колона состоит из двух частей: верхней - укрепляющей и нижней - исчерпывающей части колоны, для того, чтобы поступающая на разделение смесь соприкасалась со встречным потоком пара с большим содержанием высококипящего компонента в исходной смеси. В исчерпывающей части колоны происходит удаление низкокипящего компонента из стекающей вниз жидкости, в верхней части - обогащение низкокипящим компонентом поднимающихся паров. Исходную смесь из про- межуточной емкости 1 центробежным насосом 2 подают в теплообменник 3, где она подогревается до температуры кипения. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну 5 на тарелку питания, где состав жидкости равен составу исходной смеси XF. На питательной тарелке жидкость смешивается с флегмой из укрепляющей части колонны и, стекая вниз, взаи- модействует с поднимающимися навстречу паром, более богатым высококи- пящим компонентом, при этом из жидкости происходит удаление низкокипя- щего компонента. В нижнюю часть колонны стекает жидкость, состоящая по- чти целиком из высококипящего компонента, часть её называется кубовым остатком и непрерывно отводится через холодильник кубовой жидкости 10 в емкость для кубовой жидкости 11. Пар поднимается по всей колонне снизу вверх, обогащаясь при этом низкокипящим компонентом. Пар, выходя из ко- лонны, поступает в дефлегматор 6, где он конденсируется. При этом часть конденсата возвращается в колонну в виде флегмы, другая часть выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения - дистиллята, который охлаждается в теплообменнике 7 и направляется в промежуточную емкость 8. Таким образом, в ректификационной колонне осуществляется непрерывный неравновесный процесс разделения исходной бинарной смеси на дистиллят и кубовый остаток.

1.2 Технологический расчет аппарата

Материальный баланс

Обозначим массовый расход дистиллята через GD кг/ч, кубового остатка GW кг/ч. Из уравнения материального баланса:

???? = ???? + ????

по легколетучему компоненту:

GD+GW=5000; GD*0.7+GW*0.03=5000*0.40;

GD*0.7+GW*0.03=2000; GD=5000-GW; (5000-GW)*0.7+GW*0.03=2000; 3500-0.7GW

+0.03GW=2000; 3500-0.67GW=2000; 0.67GW=1500; GW=2238,8 кг/ч 0,7GD+2238,8*0.03=2000; 0.7GD=2000-67,16; 0.7GD=1932,84;

GD=2761,2 кг/ч.

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

Питание:

Дистиллят:

Кубовый остаток:

Относительный мольный расход питания:



Кривая равновесия для системы ацетон-вода была построена по значениям, указанным в таблице 1.

Определим минимальное число флегмы по уравнению

Рабочее число флегмы применяем за 0,01.

Уравнение рабочих линий:

а) верхней части колонны

б) нижней части колонны



Таблица 1 - Равновесный состав системы ацетон-вода. [3]

x, % мольн	y, % мольн	t, °C	P, мм.рт.ст	x, % мольн	y, % мольн	t, °C	P, мм.рт.ст
0	100	0	760	60	59,8	86,9	760
5	77,9	60,3		70	59	88,2
10	69,6	72		80	58,2	90,4
20	64,5	80,3		90	57,5	94,3
30	62,6	82,7		100	56,9	100
40	61,6	84,2
50	60,7	85,5

Мольн %,

мольн%

Рисунок 2 -Зависимость равновесного состава пара (Y1, % мольн.) от состава жидкости (X1, % мольн.) в системе ацетон-вода

1.2.2 Определение скорости пара и диаметра колонны

Рассчитываем средние концентрации низкокипящего компонента в жидкости:

а) верхней части колонны:



?? ? ср= (???? + ????)/2

?? ? ср=(0,171+0,419)/2=0,295 кмоль/кмоль смеси

б) нижней части колонны:

?? ?? ср= (???? + ??W)/2

?? ?? ср=(0.171+0.009)/2=0.09 кмоль/ кмоль смеси

Средние концентрации пара находим по уравнениям рабочих линий: смеси

а) верхней части колонны:

?? = 0,009 ? ?? ? ср+ 0.414

y=0.009*0.295+0.414=0.416

) нижней части колонны:

??ср ??= 2.51 ? ?? ?? ср? 0,0136

??ср ??=2.51*0.09-0.0136=0.212

Средние температуры пара определяем по диаграмме равновесия в координатах t-x, у для системы ацетон-вода (рис. 3).

При ?? ? ср= 0,416

?? ? ср= 86?С

При ????ср = 0,212

?? ?? ср= 93?С

Средние мольные массы и плотности пара:

а) ??? ср= ??? ср ? ??а + (1 ? ?? ? ср) ? ??в

??? ср = 0,416 ? 58,08 + (1 ? 0,416) ? 18 = 34,67 кг/кмоль

??ср ? = ??ср ? ? ??0/ 22,4 ? ??ср?

??ср ? =34,67*273/22,4*359=1,176 кг/м3

б) ??ср ?? = ??ср ?? ? ??а + (1 ? ??ср ??) ? Мв

???? ср = 0,212 ? 58,08 + (1 ? 0,212) ? 18 = 26,49 кг/кмоль

????ср = ????ср ? ??0/ 22,4 ? ????ср

????ср =26,49*173/22,4*366=0,882 кг/м3

єС

, %мольн

Рисунок 3 - Диаграмма равновесия в координатах t-x,у для системы ацетон-вода

Средняя плотность пара в колонне

??п = ??ср ? + ??ср ??/2

??п =1,176+0,882/2=1,029 кг/м3



Температура в верхней части колонны при у?? = 0,419, равняется 86? С, а в кубе - испарителе при ????= 0,009 она равна 93? С ( рис 3).

Плотность жидкого ацетона при 86? С ??а = 716,3 кг/м3 , а жидкой воды при 93?С равна ??в = 963,3 кг/м3 .

Принимаем среднюю плотность жидкости в колонне

??ж= (716,3+963,3)/2 = 839,8 кг/м3

Определяем скорость пара в колонне по уравнению:

?? = С ? v ??ж/??п

Для ситчатых тарелок по рисунку 4 определяем значение С

А, Б - колпачковые тарелки с круглыми колпачками; В - ситчатые тарелки.

Рисунок 4 - Значение коэффициента С

По данным каталога справочника «Колонные аппараты» принимаем расстояние между тарелками ? = 300 мм. Тогда по графику находим,

что С = 0,032.

?? = 0,032 ? v 839,8/1,029 = 0,91 м/с

Объемный расход проходящего через колонну пара при средней температуре в колонне:

??ср = (??ср ? + ????ср)/2

??ср =86+93/2=89,5?С

?? = (????(?? + 1) ? 22,4 ? ??ср ? ??)/ ???? ? ??0 ? 3600 ? ??

???? = ???? ? ??б + (1 ? ????) ? ??г

М?? = 0,419 ? 58 + (1 - 0,419) ? 18 = 34,79 кг/кмоль

?? =( 2761,2 ? (0,01+1) ? 22,4 ? 362,5 ? 1,033)/34,79*273*3600*1 = 0,68 м3 /с

Диаметр колонны:

D=

D=

По каталогу-справочнику «Колонные аппараты» принимаем ??=1000мм, тогда скорость пара в колонне будет равна:

w=

w=м/с

Гидравлический расчет тарелок

Принимаем следующие размеры ситчатой тарелки: диаметр отверстий ??0= 4 мм, высота сливной перегородки ?п = 40 мм. Свободное сечение тарелки (суммарная площадь отверстий) 8 % от общей площади тарелки. Площадь, занимаемая двумя сегментными переливными стаканами, составляет 20 % от общей площади тарелки.

Рассчитаем гидравлическое сопротивление тарелки по уравнению

??? = ???сух + ????? + ???пж

где ???сух - гидравлическое сопротивление сухой тарелки;

?????- сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения;

???пж- сопротивление парожидкостного слоя на тарелке.

а) верхняя часть колонны

Гидравлическое сопротивление сухой тарелки:

???сух = (?? ? ??2о ? ??ср ?)/ 2 ;

Где ?? = 1,82 - коэффициент неорошаемых ситчатых тарелок со свободным сечением 7 - 10 %.

??0 = 0,6/0,08 = 7,5 м?с

???сух = (1,82 ? 7,522 ? 1,176)/2 = 60,2 Па

Сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения:

????? = 4??/??0

Где ?? = 61,49 ? 10?3Н/м - поверхностное натяжение бензола при 86°С (рис. 5).

????? = 4 ? 61,49 ? 10?3/0,004 = 61,49 Па

Сопротивление парожидкостного слоя на тарелке:

???пж = 1,3 ? ?пж ? ??пж ? ?? ? К

Высота парожидкостного слоя:

?пж = ?п + ??

Величину ?? ? высоту слоя над сливной перегородкой рассчитываем по формуле

?? =

?? = ??пж/??ж = 0,5

Объемный расход жидкости в верхней части колонны:

??ж = (???? ? ?? ? ??ср)/???? ? ??ж

?? ср= ?? ? ср ? ??б + (1 ? ?? ? ср) ? ??в

??ср = 0,295*58+ (1 ? 0,295) ? 18= 29,8 кг/кмоль

??ж = (2761,2 ? 29,8? 0,01)/34,79*1,39*0,5=0,0000078 м3/с

Рисунок 5- Схема ситчатой тарелки

Периметр сливной перегородки находим, решая систему уравнений:

( П/2 )2 +(?? ? ??)2 = ??2

0,1 ? ?? ? ??2 = 2/3? П ? b

Где R=0,7 м - радиус тарелки; 2? 3 ? П ? ??- приближенное значение площади сегмента

Решение дает: П= 1,39; b = 0,166м

?? =

Высота парожидкостного слоя на тарелке:

?пж = ?п + ??

?пж = 0,04+0,00033=0,04033 м

Сопротивление парожидкостного слоя

???пж = 1,3 ? 0,04033 ? 0,5 ? 839.8? 9,81 = 215.97 Па

Общее гидравлическое сопротивление тарелки в верхней части колонны

??? ? = ???сух + ????? + ???пж

???? = 60.2+61.49+215.97=337.66 Па

б) нижняя часть колонны:

???сух =(1,82 ? 7,52 ? 0.882)/2=42 Па

???б=4*15*10-3/0,004=15Па

?? = 15 ? 10?3Н/м - поверхностное натяжение жидкости при 93°С

??ж =(???? ? ??/???? + ????/???? ) ? ??ср/??ж

??ж =(2761,2*0,01/34,79+5000/24,84)*21,6/839,8*3600=0,0014м3/с

???? = ???? ? ??а + (1 ? ???? ) ? ??в

???? = 0,171 ? 58 + (1 ? 0,171) ? 18 = 24,84 кг/кмоль

?? ср= ???? ср ? ??а + (1 ? ?? ?? ср) ? ??в

Мср= 0,09 ? 58 + (1 ? 0,09) ? 18 = 21,6 кг/кмоль

?? =

?? =

?пж = 0,04 + 0,01 = 0,05 м

???пж = 1,3 ? ?пж ? ??пж ? ?? ? К

???пж = 1,3 ? 0,05 ?0,5*839,8? 9,81 = 267,7 Па

Общее гидравлическое сопротивление тарелки в нижней части колонны:

?????= 42+15+267,7 = 327,7 Па

Проверим, соблюдается ли при расстоянии между тарелками h=0,3 м, необходимое для нормальной работы тарелок условие h> 1.8??? ?? /??ж?? .

Для тарелок нижней части колонны, у которых гидравлическое сопротивление ??? больше, чем у тарелок верхней части:

1.8??? ?? /??ж??=1.8*337,6/839,8*9,81=0,073

Следовательно, условие выполняется

Проверим равномерность работы тарелок - рассчитаем минимальную скорость пара в отверстиях ??0мин , достаточную для того чтобы ситчатая тарелка работала всеми отверстиями:

??0мин = 0,67 ?

??0мин = 0,67 ?

Рассчитанная скорость ??0мин = 9,6 м/с, следовательно, тарелки будут работать всеми отверстиями.



1.2.3 Определение числа тарелок и высоты колонны

Наносим на диаграмму y-x рабочие линии верхней и нижней части колонны и находим число ступеней изменения концентрации ??т . В верхней части колонны ?? = 3, в нижней части ??т ??= 5, всего 8 ступеней

Число тарелок рассчитываем по уравнению

?? = ??т/?

Для определения среднего КПД тарелок находим коэффициент относительной летучести разделяемых компонентов ?? = Ра/Рв и динамический коэффициент вязкости исходной смеси м при средней температуре в колонне, ?? равной t=(86+93)/2=89,5??.

При этой температуре давление насыщенного пара ацетона ??а = 2140 мм. рт. ст., воды ??в = 506,3 мм. рт. ст.

?? =2140/506,3=4,2

Динамический коэффициент вязкости ацетона и воды

??а = 0,187 сП

??в= 0,32 сП

Принимаем динамический коэффициент вязкости исходной смеси:

??см = 0,25 сП

Тогда:

?? ? ?? = 4,2*0,25 = 1,05



По графику (рис. 6) находим ?? = 0,47

Рисунок 6 - Диаграмма для приближенного определения среднего КПД тарелок.

Длина пути жидкости на тарелке

l = D-2b

l = 1-2*0,166=0,668 м

По графику (рис. 7) находим значение поправки на длину пути ?= 0

Рисунок 7 - Зависимость поправки ? от длины пути жидкости на тарелке l.

Средний КПД тарелок по уравнению:

???? = ??(1 + ?) = 0,47*(1+0) = 0,47

Для сравнения рассчитываем средний КПД тарелки ??0по критериальной формуле, полученной путем статической обработки многочисленных опытных данных для ситчатых тарелок:

??0 = 0,068 ? К1 0,1 ? К2 0,115

Безразмерные комплексы:

К1 = ???п*??п/??св??ж*??ж

К2 = ?? /????ж*??ж

Физико-химические константы отнесены к средней температуре в колонне. Коэффициент диффузии ??ж:

??ж = 7.4 ? 10?12* (??М) 0.5 ? ?? /??ж ? ?? 0,6

??ж = 7.4 ? 10?12* (1*24,84) 0.5 ? 362,5 /0,25*48,50,6=5,2*10-9м2/с

Безразмерные комплексы:

К1 = 0,86 ? 0,04 ? 1,029 /0,08 ? 839,8? 5,2 ? 10?9 = 1,01*105

К2 = 61,49*10-3/0,86*839,8*5,2*10-9=1,64*104

Средний КПД тарелки:

??0 = 0,068 ? (1,82 ? 105 ) 0,1 ? (1,05 ? 104 ) 0,115 = 0,66, что близко к найденному значению ??l

Число тарелок:

а) в верхней части колонны

?? ? = ?? ? т /??l

?? ? = 5/0,47 = 10

б) в нижней части колонны

?? ?? = ?? ?? т /??l

?? ? = 3/0.47 = 6

Общее число тарелок n=16, с запасом n=20, из них в верхней части колонны 12 и в нижней 8

Высота тарельчатой части колонны:

??т = (?? ? 1) ? ?

??т = (20 ? 1) ? 0,3 = 5,7 м

Общее гидравлическое сопротивление тарелок

?р = ?р? ? ?? + ?р?? ? ??

?р = 337.66 ? 12+ 327.7? 8 = 6673.52 Па = 0,068 кгс?см2

Общую высоту колонны определим по формуле:

HK = (N-1) h+zВ+zН

zВ = 2000мм - высота сепарационного пространства над насадкой, zН = =1400мм - расстояние между днищем колонны и насадкой для D=2200 мм. HK = (20-1)*0,3+1+2=8,7м



1.2.5 Тепловой расчет установки

Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воды в дефлегматореконденсаторе, находим по уравнению:

???? = ????(1 + ??) ? ??D

???? = х?? ? ??а + (1 ? х??) ? ??б

???? = 0.419 ? 496.66 ? 103+(1-0,419)*406,96*103 = 444.5 ? 103Дж/кг

???? = (2761.2 /3600) *(1 + 0.01) ? 444.5 ? 103 = 344340Вт

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

???? = ???? + ???????????? + ???????????? ? ???? ? ?? ? ???? + ??пот

????=1.03(344340+(2761.2/3600)*0.55*4190*57+(2238.8/3600)*0.518*4190*97-(5000/3600)*0.56*4190*67)=369431 Вт

Расход теплоты в паровом подогревателе исходной смеси:

?? = 1,05????????(???? ? ??нач)

???? = (0,35? 0,535 + 0,65? 0,998) =0,836 Дж/кг*к - при средней температуре 42,5°С.

?? = 1,05 ? (5000/3600) ? 0.836 ? 4190 ? (67 ? 18) = 250307 Вт

Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике дистиллята:

?? = ???? ? ????(???? ? ??кон)

???? = 0,998 ? 4190Дж/кг*к - при средней температуре 41°С.

?? =1,05* (2761,2/3600) ? 0,998 ? 4190 ? (57 ? 25) = 107765 Вт

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

?? = ???? ? ??????(???? ? ??кон)

???? = 0,55 ? 4190 Дж/кг*к - при средней температуре 61°С.

?? = 1,05*(2238,8/3600) ? 0,55 ? 4190 ? (97 ? 25) = 108345 Вт

Расход греющего пара, имеющего давление рабс = 2,5 кгс/см2 и влажностью 5 %:

а) в кубе-испарителе

??г.п = ????/ ??г.п ? х

Где ??г.п = 2141 ? 103Дж/кг

??г.п =369431/2141*103*0,95=0,18 кг/с

б) в подогревателе исходной смеси

??г.п =250307/2141*103*0,95=0,12 кг/с

Всего: 0,18+ 0,12 = 0,3 кг = 1,08 т/ч

Расход охлаждённой воды при нагреве ее на 20°С

а) в дефлегматоре

??в = ????/ Св(??кон ? ??нач)??в

??в =344340/(4190*20*1000)=0,0041 м3/с

б) в водяном холодильнике дистиллята

??в =107765/(4190*20*1000)=0,0012 м3/с

в) в водяном холодильнике кубового остатка

??в =108345/(4190*20*1000)=0,0012 м3/с

Всего:0,0041+0,0012+0,0012=0,0065 м3/с = 23,4 м3/ч



2. Механический расчет

Расчёт штуцеров сводится к определению диаметра штуцера по уравнению:

?? =

Для жидкости принимаем Ж w =1,5м/с, для пара - П w =15м/с.

2.1 Штуцер для подачи исходной смеси

Перекачиваемая среда - жидкость

??ж=778 кг/м3

??F =

???? = ???? / 3600 ??ж

???? = 5000 / 3600*778=0.0017 м3/c

??F =

Принимаем dF=40 мм, толщина стенки 3,5мм. Тогда dF=40-3,5*2=33 мм.

2.2 Штуцер для вывода проходящего через колонну пара

Перекачиваемая среда -пар

??п=2,43 кг/м3

Qv=V=0,91 м 3 /с, где V - объемный расход, проходящего через колонну пара при средней температуре в колонне

??v =

??v =

Принимаем dV=325 мм и толщину стенки 10 мм

Тогда dV=325-10*2=305 мм.

2.3 Штуцер для подачи флегмы

Перекачиваемая среда - жидкость

??ж=778 кг/м3

??п=2,43 кг/м3

??фл =

??фл = (??п ? ?? ? ??D/ 3600)/ ??ж

??фл = (2.43 ? 0.91 - 2761.2/ 3600)/ 778=0.000185 м3/с

??фл =

Принимаем dфл=40мм, толщина стенки 3,5 мм. Тогда dфл=40-3,5*2=33 мм

2.4 Штуцер для вывода кубовой жидкости

Qфл+F=Qфл+QF

??фл+F =

Qфл+F=0,0017+0,00185=0,00355 м3 /с

??фл+F =

Принимаем dфл+F=56мм, толщина стенки 4мм.

Тогда dфл+F=56-4*2=48мм.

ректификационная установка пар тепловой

2.5 Штуцер для подачи восходящего пара, испаряемого из кубовой жидкости

????ж = ??фл+?? -( ???? /??ж ? 3600)

????п = (????ж ? ??ж)/??п

????ж = 0,00355 -( 2238,8 /778 ? 3600)=0,00276 м3/с

????п = (0,00276 ? 778)/2,43=0,88

????п =

Принимаем dwп=278мм, толщина стенки 11мм. Тогда dwп =278-11*2=256 мм.



Заключение

В ходе работы над курсовым проектом была предложена ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси ацетон-вода: рассчитаны диаметр и высота ректификационной колонны, число тарелок необходимых для разделения исходной смеси определенного состава.



Список использованных источников

1. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии Изд. 9-е. М: Химия, 1973-750 с.

2. Павлов К.ф., Романков П.Г.,Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии.: Учебное пособие для вузов под ред. чл.- корр. АНРоссии П.Г.Романкова.-13е изд., стереотипное. Перепечатка с издания 1987г. М.: ООО ТИД «Альянс», 2006-576с.

3. Дытнерский Ю.И., Борисоа Г.С., Брыков В.П. и др. основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/Под ред. Ю.И. Дытнерского,2-е изд., перераб. и дополнил М. Химия, 1991-496 с.

4. Коган В.Б., Фридман В.М., Кафаров В.В. Равновесие между жидкостью и паром. Кн. 1-2. - М.-Л.: Наука, 1966. - 640-786 с.

5. Тимонин А.С. Основы конструирования и расчета химико-технологического и природоохранного оборудования. 2-е изд., перераб. и доп. - Калуга: Издательство Н. Бочкаревой, 2002. -- 852с.

Размещено на Allbest.ru

...