Xreferat.com » Рефераты по химии » Полный расчет ректификационной колонны

Полный расчет ректификационной колонны

Задание на проектирование


Перечень инженерных расчетов: расчет ректификационной колонны; подробный тепловой расчет дефлегматора; ориентировочный расчет теплообменников.

Перечень работ выполняемых на ЭВМ: расчет дефлегматора.

Состав и объем графической части: технологическая схема; общий вид дефлегматора.

Основные данные: расход исходной смеси 6.5 кг/с; концентрации (мольные доли) Полный расчет ректификационной колонны Полный расчет ректификационной колонны, Полный расчет ректификационной колонны; продукты разделения охладить до 25ْС.


Введение


Для получения продуктов сложного состава, разделения изотопов, выделения индивидуальных веществ широкое применение в промышленности получила ректификация. Этот процесс основан на различной летучести составляющих смесь компонентов, т.е. на различных температурах кипения компонентов при одинаковом давлении. Ректификация заключается в многократном частичном испарении жидкости и конденсации паров. Процесс осуществляется путем контакта потоков пара и жидкости, имеющих различную температуру, и проводится обычно в колонных аппаратах, состоящих из собственно колонны, где осуществляется противоточное контактирование пара и жидкости, и устройств, в которых происходит испарение жидкости и конденсация пара — куба и дефлегматора.

По конструкции ректификационные колонны подразделяются на насадочные, тарельчатые и роторные. Основным типом колонных аппаратов большой производительности считаются ректификационные колонны с барботажными тарелками, а при необходимости самого малого перепада давления на одну теоретическую ступень разделения или при работе в коррозионной среде – колонны с насадкой.

По способу проведения ректификацию разделяют на периодическую и непрерывную.

При непрерывной - разделяемая смесь непрерывно подается в среднюю часть колонны, дистиллят отбирается из дефлегматора, а обедненный легколетучим компонентом остаток отводится из куба колонны, флегма поступает на орошение в верхнюю часть колонны.

При периодической ректификации в нижнюю часть (куб) колонны, снабженной нагревательным устройством, загружают исходную смесь; образующийся пар поднимается верх и конденсируется в дефлегматоре (холодильнике), часть конденсата (флегмы) возвращается на орошение в верхнюю часть колонны, а оставшаяся жидкость отбирается.

Насадочные колонны получили широкое распространение в химической промышленности благодаря простоте их устройства, дешевизне изготовления и малому гидравлическому сопротивлению при пленочном режиме работы. В насадочных массообменных аппаратах жидкость тонкой пленкой покрывает насадку и стекает по ней, при этом поверхность контакта с газообразной фазой определяется поверхностью насадки, свойствами жидкости и гидродинамическим режимом.

Недостатком работы насадочной колонны является неравномерность распределения пара и жидкости по поперечному сечению, что приводит к - неодинаковой эффективности различных ее частей и низкой эффективности работы всей колонны в целом. Значительное увеличение эффективности аппарата достигается применением насадки, частично погруженной в жидкость: газ при этом в виде пузырьков барботируется через слой жидкости.

В отдельных случаях применяют подвижные насадки, которые приводят в колебательное движение восходящим потоком газа, при этом допускаются высокие скорости движения фаз, а поверхность межфазного контакта превышает поверхность насадочных элементов. Эффективность тепло- и массообмена в значительной мере зависит от равномерности распределения жидкости в объеме насадки. Эта задача решается применением специальных оросителей, распределяющих жидкость по верхнему сечению насадки, и использованием материалов (металлических сеток, армированной стеклоткани), обеспечивающих растекание жидкости по поверхности насадки под действием капиллярных сил.

Насадки загружают в аппараты навалом на опорные решетки (нерегулярные насадки), укладывают в определенном порядке или монтируют в жесткую структуру (регулярные насадки). Изготавливают насадки из дерева, металла, стекла, керамики, пластмасс. Элементы нерегулярных насадок выполняют в виде колец, спиралей, роликов, шаров, седел и т.д. Наиболее распространены кольца Рашига, размеры которых обычно составляют 50 мм. Для повышения смачиваемости насадки и пропускной способности аппарата стенки колец иногда снабжают продольными или поперечными канавками или прорезями.

Для отвода жидкости из насадочной колонны применяют две схемы: в первой схеме (обычные насадочные колонны) жидкость стекает по насадке и отводится из нижней части колонны; во второй схеме (эмульгационные колонны) жидкость отводится через переливную трубу.

В данном курсовом проекте производится расчет обычной ректификационной насадочной колонны для разделения бинарной смеси – «ацетон – четыреххлористый углерод» при атмосферном давлении, с насыпной насадкой из стальных колец Рашига.


1. Описание технологической схемы


Исходная смесь подаётся в теплообменник центробежным насосом из ёмкости, где она подогревается до температуры кипения. Затем нагретая смесь поступает на разделение в середину ректификационной колонны на тарелку питания, где состав жидкости равен составу исходной смеси.

Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка, 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), получаемой в дефлегматоре путём конденсации пара, выходящего из колонны. Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения - дистиллята, который охлаждается в теплообменнике и направляется в промежуточную ёмкость.

Из кубовой части колонны насосом непрерывно выводится кубовая жидкость - продукт, обогащённый труднолетучим компонентом, который охлаждается в теплообменнике и направляется в ёмкость.

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


2. Инженерные расчеты


2.1 Технологические расчеты


Для технологических расчетов установки необходимо знать свойства веществ при определённых температурах. Основными диаграммами для определения этих свойств являются диаграммы: состав пара – состав жидкости, и зависимость температуры кипения от состава. В приложение 1 приведены диаграммы указанных свойств бинарной системы ацетон- четыреххлористый углерод.


2.1.1 Равновесные данные

x - мольная доля легколетучего компонента в жидкой фазе;

y - мольная доля легколетучего компонента в паровой фазе;

t – температура,ْС.


x y t
0 0 76.74
5.9 20.25 70.80
8.7 27.10 68.74
17.9 40.75 64.45
26.4 48.95 61.91
37.4 56.55 59.83
45.1 61.25 58.74
52.55 65.50 57.94
61.65 70.65 57.18
69.60 75.60 56.67
76.20 79.85 56.36
82.95 84.60 56.15
89.50 89.80 56.01
91.40 91.50 56.02
95.30 95.20 55.99
100.00 100.00 56.08

2.1.2 Материальный баланс

Зная производительность колонны по дистилляту и необходимые концентрации, определим недостающие данные, т. е. производительность по кубовому остатку и питание исходной смеси (GW и GD), на основании уравнений материального баланса.


Полный расчет ректификационной колонны Полный расчет ректификационной колонны


где Полный расчет ректификационной колонны - массовая доля легколетучего компонента в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке соответственно.

Полный расчет ректификационной колоннымассовый расход исходной смеси, дистилляте и

кубовом остатке соответственно.

Полный расчет ректификационной колонны где MF -молекулярная масса:


Полный расчет ректификационной колонны Полный расчет ректификационной колонныкг/кмоль

Полный расчет ректификационной колонны кг/кмоль

Полный расчет ректификационной колонны кг/кмоль,


где M1 – молекулярная масса легколетучего компонента; M2 – молекулярная масса второго компонента;

xF, xD, xW- мольная доля легколетучего компонента в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке соответственно.

Где 1-ацетон, 2-четыреххлористый углерод.


Полный расчет ректификационной колонныкмоль/с


Находим массовую долю по формуле:


Полный расчет ректификационной колонны


Полный расчет ректификационной колонны


Полный расчет ректификационной колонны


Решив систему материального баланса, получим:


Полный расчет ректификационной колонныкг/с

Полный расчет ректификационной колонны кг/с

Полный расчет ректификационной колонныкмоль/с

Полный расчет ректификационной колонныкмоль/с


Нагрузка ректификационной колонны по пару и жидкости определяется рабочим флегмовым числом. Для его расчета используют приближенные вычисления по формуле:


Полный расчет ректификационной колонны


где Rmin – минимальное флегмовое число.

При этом:


Полный расчет ректификационной колонны


где Полный расчет ректификационной колонны - мольные доли легколетучего компонента в жидкости, а Полный расчет ректификационной колонны- концентрация легколетучего компонента в паре, находящаяся в равновесии с жидкостью (питанием исходной смеси).

По диаграмме «Равновесное состояние жидкости и пара» (приложение1) находим Полный расчет ректификационной колонны при соответствующем значении Полный расчет ректификационной колонны, таким образом Полный расчет ректификационной колонны

Тогда:


Полный расчет ректификационной колонны

Полный расчет ректификационной колонны


Также для расчета флегмового числа используем графический метод:

рассчитав число теоретических ступеней контакта (теоретических тарелок)


R=1.5, y=32, n=15.2, n(R+1) =15.2(1.5+1) =38

R=2, y=26.67, n=11.4, n(R+1) =11.4(2+1) =34.2

R=2.5, y=22.86, n=9, n(R+1) =9(2.5+1) =31.5

R=3, y =20, n=8, n(R+1) =8(3+1) =32

R=4, y=16, n=7.33, n(R+1) =7.33(4+1) =36.65

R=5, y=13.33, n=6.43, n(R+1) =6.43(5+1) =38.58

Полный расчет ректификационной колонны


В данном курсовом проекте используем Полный расчет ректификационной колонны, найденное графическим методом (приложение 3).


2.1.3 Расчет расходов пара и жидкости в верхней и нижней части колонны.

Найдем уравнение рабочих линий:

а) для верхней (укрепляющей) части колонны:


Полный расчет ректификационной колонны

Полный расчет ректификационной колонны

Полный расчет ректификационной колонны


б) для нижней (исчерпывающей) части колонны:


Полный расчет ректификационной колонны

Полный расчет ректификационной колонны


где F – относительный мольный расход питания.


Полный расчет ректификационной колонны

Полный расчет ректификационной колонны


Определяем температуры для нижней и верхней части колонны для жидкости и пара из диаграммы «Зависимость температуры от равновесных составов пара и жидкости» (приложение1):


Полный расчет ректификационной колонныْْC, Полный расчет ректификационной колонныْC,

Полный расчет ректификационной колонныْْْC, Полный расчет ректификационной колонныْC.


Определяем объемный расход пара:


Полный расчет ректификационной колонны кмоль/с

Расход пара в нижней и верхней части колонны определяется по формуле:


Полный расчет ректификационной колонны,


где p0=760 мм рт. ст. – атмосферное давление,

T0=273 K- абсолютная температура.


Полный расчет ректификационной колонным3/с

Полный расчет ректификационной колонны м3/с


Молярную массу паровой смеси в нижней и верхней части колоны находим по формуле:


Полный расчет ректификационной колонны

Полный расчет ректификационной колонны кг/кмоль

Полный расчет ректификационной колонны кг/кмоль


Массовые расходы паров в нижней и верхней части колоны находим по формуле:


Полный расчет ректификационной колонны

Полный расчет ректификационной колонны кг/с;

Полный расчет ректификационной колонны кг/с;


Определим плотности пара в верхней и нижней части колонны по формуле:


Полный расчет ректификационной колонны

Полный расчет ректификационной колонныкг/м3

Полный расчет ректификационной колонныкг/м3


Определим вязкость пара в верхней и нижней части колонны для ацетона (1) и четыреххлористого углерода (2):


Полный расчет ректификационной колонны,


где табличные данные: Полный расчет ректификационной колонныПа. с, Полный расчет ректификационной колонныПа. с,

С1=651,С2=384- константы уравнения.

а) для нижней части колонны:


Полный расчет ректификационной колонныПа.с Полный расчет ректификационной колонны Па.с


б) для верхней части колонны:


Полный расчет ректификационной колонны Па.с

Полный расчет ректификационной колонны Па.с

Определим вязкость смеси пара в нижней и верхней части колонны по формуле:


Полный расчет ректификационной колонны

Полный расчет ректификационной колонны

Полный расчет ректификационной колонны Па.с

Полный расчет ректификационной колонны

Полный расчет ректификационной колонны

Полный расчет ректификационной колонны Па.с


Определим плотности жидкости по формуле:


Полный расчет ректификационной колонны,


где Полный расчет ректификационной колонныплотности ацетона, четыреххлористого углерода соответственно.

а) для нижней части колонны:


Полный расчет ректификационной колонны

Полный расчет ректификационной колонны кг/м3

Полный расчет ректификационной колонны кг/м3

Полный расчет ректификационной колонны

Полный расчет ректификационной колонны кг/м3


б) для верхней части колонны:


Полный расчет ректификационной колонны

Полный расчет ректификационной колонны кг/м3

Полный расчет ректификационной колонны кг/м3

Полный расчет ректификационной колонны

Полный расчет ректификационной колонны кг/м3


Определим вязкость смеси жидкости для нижней и верхней части колонны по формуле:


Полный расчет ректификационной колонны,


где Полный расчет ректификационной колоннывязкости ацетона, четыреххлористого углерода соответственно.


Полный расчет ректификационной колонны мПа.с Полный расчет ректификационной колонны мПа.с

Полный расчет ректификационной колонны мПа.с Полный расчет ректификационной колонны мПа.с

Полный расчет ректификационной колонны

Полный расчет ректификационной колонны Па.с

Полный расчет ректификационной колонны

Полный расчет ректификационной колонныПа.с


Поверхностное натяжение смеси жидкостей в верхней и нижней части колонны определим по формуле:


Полный расчет ректификационной колонны,


где Полный расчет ректификационной колонныповерхностное натяжение ацетона, четыреххлористого углерода соответственно.


Полный расчет ректификационной колонныН/м

Полный расчет ректификационной колонны Н/м

Полный расчет ректификационной колонны Н/м

Полный расчет ректификационной колонны Н/м

Полный расчет ректификационной колонным/Н

Полный расчет ректификационной колонны Н/м

Полный расчет ректификационной колонным/Н

Полный расчет ректификационной колонны Н/м


Находим мольные и массовые расходы жидкости в нижней и верхней части колонны:


Полный расчет ректификационной колонныкмоль/с

Полный расчет ректификационной колонныкг/кмоль

Полный расчет ректификационной колонныкг/с

Полный расчет ректификационной колонны кг/с

Полный расчет ректификационной колонны кмоль/с

Полный расчет ректификационной колонны кг/кмоль

Полный расчет ректификационной колонны кг/с

Полный расчет ректификационной колонны кг/с


2.1.4 Расчет теплового баланса установки

Тепловой баланс ректификационной колонны выражается общим уравнением:


Полный расчет ректификационной колонны


где QK – тепловая нагрузка куба; QD –количество теплоты, передаваемой от пара к воде; Qпот – тепловые потери (5%); Полный расчет ректификационной колонны -теплоёмкости соответствующие дистилляту, кубовому остатку и исходной смеси; Полный расчет ректификационной колонны - температуры соответствующие дистилляту, кубовому остатку и исходной смеси(находим из диаграммы «Зависимость температуры от равновесных составов пара и жидкости» приложение 1):


Полный расчет ректификационной колонны, Полный расчет ректификационной колонны, Полный расчет ректификационной колонны.


Найдем удельную теплоту конденсации паров дистиллята по аддитивной формуле:


Полный расчет ректификационной колонныкДж/кг

где Полный расчет ректификационной колонны - теплоты испарения ацетона и четыреххлористого углерода при температуре дистиллята Полный расчет ректификационной колонны, Полный расчет ректификационной колонны.


Полный расчет ректификационной колонны,


где исходные данные: A1 =72.18; t 1кр=235.1; A2=25.64; t2кр=283.4


Полный расчет ректификационной колонны;

Полный расчет ректификационной колонны .


Определим тепловую нагрузку дефлегматора по формуле:


Полный расчет ректификационной колонныкВт


Определим теплоёмкости смеси:

Для ацетона(1): c0=2.11кДж/(кгК); с1=0.0028 кДж/(кгК);

Для четыреххлористого углерода (2): c0=0.85кДж/(кгК); с1=0.00037 кДж/(кгК);


Полный расчет ректификационной колонны Полный расчет ректификационной колонны,

Полный расчет ректификационной колонны Полный расчет ректификационной колонны

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.
Подробнее

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Похожие рефераты: