Xreferat.com » Рефераты по химии » Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - вода

Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - вода

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

ТОНКОЙ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ

им. М.В. Ломоносова

КАФЕДРА ПРОЦЕССОВ И АППАРАТОВ

ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ


ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по ПАХТу на тему:

“РЕКТИФИКАЦИОННАЯ УСТАНОВКА

НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСИ:

АЦЕТОН - ИЗОПРОПИЛОВЫЙ СПИРТ - ВОДА”


Проект выполнила: Буевич О.Н.

Группа: XT-306

Руководитель проекта: Варфоломеев Б.Г.


Москва

2003

ПЛАН


Введение

Описание технологической схемы

Данные по равновесию смеси

Основные теплофизические характеристики потоков

Материальный баланс

Рабочее флегмовое число

Уравнения рабочих линий

Определение скорости пара и диаметра колонны

Расчет средних величин по аддитивности

Тепловой баланс колонны

Диаметр колонны по условиям верха и низа

Скорость пара в колонне

Определение числа тарелок и высоты колонны

Число тарелок

Высота тарельчатой части

Высота колонны

Гидравлический расчет тарелок

Тепловой расчет установки

Дефлегматор – конденсатор

Куб – испаритель

Паровой подогреватель смеси

Водяной холодильник дистиллята

Водяной холодильник кубового остатка

Расход греющего пара

Расчет теплообменной аппаратуры

Расчет подогреваемой смеси

Расчет конденсатора – дефлегматора

Расчет испарителя (кипятильника)

Выбор емкостей

Емкость для хранения исходной смеси

Емкость для дистиллята

Емкость для кубового остатка

Расчет тепловой изоляции

Расчет центробежного насоса

Расчет потерь на трение и местные сопротивления

Выбор насоса

Предельная высота всасывания

Расчет и подбор штуцеров

Штуцер для подачи исходной смеси

Штуцер для вывода паров дистиллята

Штуцер для вывода кубового остатка

Штуцер для подачи флегмы

Штуцер для подачи жидкости в кипятильник

Расчет и подбор крышки

Расчет и подбор днища

Расчет и подбор обечайки

Расчет и подбор конденсатоотводчиков

Опора аппарата

Список литературы


Введение


Ректификация - один из самых распространенных технологических процессов в химической, нефтяной и других отраслях промышленности. Ректификация - процесс разделения бинарных или многокомпонентных паров, а также жидких смесей на чистые компоненты или их смеси.

Для разделения смесей используют ректификационные установки, представляющие собой ряд ступеней контакта, соединенный в противоточный разделительный каскад. Наиболее простое конструкционное оформление противоточного каскада достигается при движении жидкости.

В нефтяной, химической, нефтехимической и газовой промышленности распространены тарельчатые колонны.

Современные ректификационные аппараты должны обладать высокими разделительными способностями и производительностью, характеризоваться достаточной надежностью и гибкостью в работе, обеспечивать низкие эксплуатационные расходы, иметь небольшую массу и, наконец, быть конструкционно-простыми и несложными в изготовлении. Последние требования не менее важны, чем первые, поскольку они не только определяют капитальные затраты, но и в значительной мере влияют на себестоимость продукции, монтаж, ремонт, контроль, испытание и безопасную эксплуатацию оборудования.

Особое значение имеет надежность работы ректификационных аппаратов, установок, производящих сырье для нефтехимической промышленности. Ректификационные колонны должны отвечать требованиям государственных стандартов.

В качестве контактных устройств применяют различные типы тарелок. В данной установке используется колпачковая тарелка.

Расчет аппаратов выполняется с целью определения технологического режима процесса, основных размеров аппарата и его внутренних устройств, обеспечивающих заданную четкость разделения исходного сырья при заданной производительности. Технологический режим определяется рабочим давлением в аппарате, температурами всех внешних потоков, удельного расхода тепла и холода. Основными размерами аппарата являются его диаметр и высота.

В данной установке производится разделение тройной смеси ацетон - изопропиловый спирт - вода.


Описание технологической схемы


Исходную смесь из промежуточной емкости Е1 центробежным насосом Н1-Н2 подают в теплообменник, где она подогревается до температуры кипения. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну КР 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 К. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка, то есть 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, подаваемой центробежным насосом Н3 – Н4, получаемой в дефлегматоре Д путем конденсации пара, выходящего из колонны. Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения - дистилята, который охлаждается в теплообменнике Х2 и направляется в промежуточную емкость Е3. Из кубовой части колонны непрерывно выводится кубовая жидкость – продукт, обогащенный труднолетучим компонентом, который охлаждается в теплообменнике Х1 и направляется в емкость Е2.

Таблица 1. Равновесные данные системы изопропиловый спирт – вода.

x% 0 0,6 3,2 4 6 12 43 60 68,4 87 95,5 100
y% 0 15 33 38,5 47 51 57,5 64,5 68,4 84,5 93 100
t0C 100 96 90,2 87,3 85 82,9 80,8 80,4 80,3 80,8 81,5 82,3

Таблица 2. Равновесные данные системы ацетон – вода.


0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
y% 0 60,3 72 80,3 82,7 84,2 85,5 86,9 88,2 90,4 94,3 100
t0C 100 77,9 69,6 64,5 62,6 61,6 60,7 59,8 59 58,2 57,5 57

Исходные данные:

производительность по исходной смеси

W1 = 7500 кг/час = 2,08 кг/с

концентрации низкокипящих компонентов:

в исходной смеси х1а = 25% (мольн), х1б = 60% (мольн)

в дистилляте х2а = 95% (мольн), х2б = 0% (мольн)

в кубовом остатке х0а = 3% (мольн).


Материальные балансы


W1 - массовый расход смеси,

П - массовый расход дистиллята,

W0 - массовый расход кубового остатка.

Составляем уравнения материального баланса ректификационной колонны непрерывного действия.

Баланс по всей смеси:

W1 - П - W0 = 0

Баланс по низкокипящему компоненту:

W1х1 - W0х0 - Пх2 = 0

Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - вода

Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - водакмоль/с

Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - водакмоль/с

Определяем мольную массу исходной смеси и дистиллята

Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - вода

Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - вода

Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - вода


Рабочее флегмовое число


Принимаем в качестве рабочего флегмового числа R = 3,75

Построение рабочих линий ректификационной колонны:

рабочую линию укрепляющей части колонны удобно строить по двум точкам. Первая получается при пересечении диагонали диаграммы x - y с прямой x = x2, а вторая - точка на оси ординат Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - вода

рабочую линию отгонной части колонны также строим по двум точкам. Первая - это точка пересечения рабочей линии укрепляющей части колонны с прямой x = x1, а вторая - точка на диагонали диаграммы x - y с абсциссой x0.


Определение скорости пара и диаметра колонны


Тарельчатые колонны составляют основную группу массообменных аппаратов. Они представляют собой вертикальный цилиндр, на высоте которого расположены специальные контактные устройства - тарелки. В этих колоннах жидкости меньшей плотности последовательно барботируются через слой жидкости на тарелках, расположенных на определенном расстоянии друг от друга. Жидкость непрерывно перетекает с верхних тарелок на нижние, отделенные друг от друга свободным пространством, где пар или легкая жидкость отделяется от уносимых ими частиц более тяжелой фазы. В тарельчатых колоннах происходит ступенчатый контакт фаз. Снизу вверх по колонне движутся пары, поступающие в нижнюю часть аппарата из кипятильника, который находится вне колонны. С помощью кипятильника создается восходящий поток пара. Пары проходят через слой жидкости. В результате взаимодействия между жидкостью и паром, имеющим более высокую температуру, жидкость частично испаряется, причем в пар переходит преимущественно НКК. Испарение жидкости на тарелке происходит за счет тепла конденсации пара. Из пара конденсируется и переходит в жидкость преимущественно ВКК. Его содержание в поступающем на тарелку паре выше равновесного с составом жидкости на тарелке. Пар представляет собой на выходе из кипятильника ВКК и по мере движения вверх все больше обогащается НКК, который переходит в паровую фазу на пути пара из кипятильника до верха колонны. Пары конденсируются в дефлегматоре охлаждаемом водой и получаемая жидкость разделяется в разделителе на дистиллят и флегму, которая направляется на верхнюю тарелку колонны. На некотором расстоянии от верха колонны к жидкости из дефлегматора присоединяется исходная смесь, которая поступает на питающую тарелку колонны. Для того, чтобы уменьшить тепловую нагрузку кипятильника, исходную смесь нагревают в подогревателе, до температуры кипения жидкости на тарелке питания. Тарелка питания делит колонну на две части, имеющие различное назначение. В верхней части должно быть обеспечено, возможно большее укрепление паров, т.е. обогащение их НКК с тем, чтобы в дефлегматор направлялись пары, близкие по составу к НКК. Поэтому данная часть колонны называется укрепляющей. В нижней части необходимо в максимальной степени удалить из жидкости НКК, т.е. исчерпать жидкость для того, чтобы в кипятильник стекала жидкость, близкая по составу к ВКК. Эта часть колонны называется отгонной. В дефлегматоре могут быть сконденсированы все пары, поступающие из колонны, либо только часть их, соответствующая количеству возвращаемой в колонну флегмы. В первом случае, часть конденсата остающаяся после отделения флегмы (дистиллят) охлаждается в холодильнике и направляется в сборник дистиллята. Во втором случае, несконденсированные в дефлегматоре пары одновременно конденсируются и охлаждаются в холодильнике, который при таком варианте работы служит конденсатором - холодильником дистиллята. Жидкость, выходящая из низа колонны, близкая по составу к ВКК также делится на две части. Одна часть направляется в кипятильник, а другая - кубовый остаток, после охлаждения водой в холодильнике, направляется в сборник кубового остатка.


Диаметр колонны по условиям верха и низа


Температура t и скорость пара wп изменяются по высоте колонны. Поэтому диаметр колонны dк рассчитывают для ряда сечений колонны (в нашем случае для укрепляющей и отгонной частей). Если при расчете величины dк получаются близкими, то колонну делают одного диаметра (ориентируясь на большее значение dк). Если различие в значениях dк велико, то в этом случае укрепляющая часть колонны имеет один диаметр, а отгонная другой.


Диаметр колонны по условиям верха


Находим по уравнению Менделеева - Клайперона плотность пара в укрепляющей части колонны

Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - вода

Находим среднюю плотность жидкости в колонне. Для этого находим плотности ацетона и воды по температуре в верху колонны (t2) и в кубе - испарителе (t0).

Плотность жидкого ацетона при температуре t2 = 560С равна rацет. = 746 кг/м3 (см. [1] стр.489, табл. IV), воды - 983 кг/м3.

Плотность воды при температуре t0 = 830C равна rвод = 972 кг/м3 (см. [1] стр.512, табл. XXXIX), ацетона - 719 кг/м3, спирта - 735 кг/м3.

Принимаем среднюю плотность жидкости в колонне

1/Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - вода

а2 = Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - вода.1/ Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - вода = 0,95.58.1/56 = 0,98

Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - вода = 752 кг/м3

Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - вода,

где С - коэффициент, зависящий от конструкции тарелок, расстоянии между ними, рабочего давления в колонне, нагрузки колонны по жидкости и др.

Принимаем расстояние между тарелками h = 0,4м, тогда С = 0,059 (см. [1], стр.301, рис.7-2).

Скорость пара в верхней части колонны

Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - вода

Диаметр укрепляющей части колонны вычисляем по формуле

Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - вода,

где Dм - массовый поток пара.

Массовый поток пара Dм изменяется по высоте колонны, его значение определяется по мольному потоку пара D и значению молярной массы М паровой смеси:

Dм =D Ч М2,

где D = П(R + l) = 0,009 (3,75 + l) = 0,043

Мольный поток пара D постоянен по высоте колонны.

Тогда

Dм =D Ч М2 = 0,043Ч 56 = 2,41 кг/c

Диаметр укрепляющей части колонны равен

Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - вода.

диаметр колонны по условиям низа

Находим плотность пара в отгонной части колонны

Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - вода.

Скорость пара в отгонной части колонны

Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - вода

Массовый поток пара Dм в отгонной части колонны

Dм =D Ч М0 = 0,043Ч52,4 = 2,25 кг/ c.

Тогда диаметр отгонной части колонны будет равен

Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - вода

Диаметр укрепляющей и отгонной частей колонны принимаем одинаковыми и равными dк = 1600 мм (см. [3] стр.9-10).


Определение числа тарелок и высоты колонны


По способу работы массообменные тарелки делятся на ситчатые, колпачковые, провальные и струйно-направленные. Диапазон тарелок, применяемых в колонной аппаратуре, составляет 200-8000 мм - в соответствии с диаметрами колонн, для которых они предназначаются. Количество тарелок в колонне бывает обычно не менее 20 - 30, а в отдельных случаях доходит до 80 штук и более. Расстояние между тарелками зависит в основном от физико-химических свойств разделяемой смеси и бывает от 60 до 600 мм и более. Тарелки малых размеров выполняются цельными, тарелки больших размеров - большей частью составными (разборными) из отдельных секций, соединенных между собой болтами и другими крепежными приспособлениями. Тарелки характеризуются нагрузками по пару и жидкости, относительная величина которых, в зависимости от разделяемой смеси, может значительно отличаться друг от друга.


Определение числа тарелок


Для определения теоретического числа тарелок необходимо на диаграмме х - y построить рабочие линии укрепляющей и отгонной частей колонны так, как это указано в разделе 1.5.

В итоге получаем Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - вода

Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - вода

Число реальных тарелок рассчитывается по уравнению

Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - вода

где Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - вода - КПД тарелок, учитывающий реальные условия массообмена на тарелках.

Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - вода Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - вода

Высота тарельчатой части

Нт = (n - 1) Чh = (14 - 1) Ч0,4 = 5,2м

Высота колонны.

Н = Нт + Нс + Нк

где Нс = 0,5 м - высота сепарационной части,

Нк = 1,5 м - высота кубовой части колонны

Н = 5,2 + 0,5 + 1,5 = 7,2 м.


Гидравлический расчет тарелок


Принимаем следующие размеры колпачковой тарелки: диаметр отверстий d0=4мм высота сливной перегородки hп=50мм. Свободное сечение тарелки11% от общей площади тарелки. Рассчитаем гидравлическое сопротивление тарелки в нижней и верхней части колонны по уравнению


где - сопротивление сухой тарелки,

- сопротивление, вызываемое силами поверхностного натяжения,

пж - сопротивление парожидкостного слоя на тарелке

верхняя часть колонны.

Гидравлическое сопротивление сухой тарелки

= Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - вода

где Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - вода - скорость пара в прорезях колпачка (из расчета верха колонны);

- коэффициент сопротивления, равный для колпачковых тарелок …4,8 (см. [1] стр.28).

= 0,935Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - вода - средняя плотность пара в верхней части колонны

Fc = 0,109

Гидравлическое сопротивление сухой тарелки равно

= Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - вода= 4,8.0,69.0,935/ 2.0,1092 = 130,3 Па

Сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения

Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - вода

где s = 21,5Ч10-3 Н/м - поверхностное натяжение жидкости при Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - вода(см. [1] стр.526)

Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - вода= 4fпр. /П (где fпр. и П – площадь и периметр прорези).

fпр. = 3,14. dк. h Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - вода= 2h (h – высота подъема колпачка) h = 0.01м(см. [7] стр.214)

Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - вода=2.0,01 = 0,02 м.

Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - вода

Статическое сопротивление слоя жидкости на тарелке

Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - вода(см. [1] стр.28)

где Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - вода= 0,5 – относит. Плотность пены (см. [1] стр.28)

Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - водаh = hж - hпер - высота уровня жидкости над сливным порогом

hпер = 0,06м - высота сливной перегородки (см. [7] стр.214)

hж = hw + how - высота слоя жидкости на тарелке.

Примем hw = 0,06 м, h0w = 0,029 Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - вода

Wв – плотность орошения через сливную планку. Wв = Wч/В

Часовой расход в верхней части колонны

Wч = ПR/Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - вода.3600 =(0,5.3,75/ 752).3600 = 9,0 м3/ч

В = 1,238 м – периметр слива (см. [7] стр.214)

Wв = 9,0/1,238 = 7,27 м3/ч

h0w = 0,029. Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - вода= 0,011м Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - водаh =0,011м

Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - вода 1,3.0,5.752(0,02 + 0,015 +0,011) 9,81 = 220,6Па

Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - вода130,3 +4,3 +220,6 = 355,2Па

нижняя часть колонны.


Гидравлическое сопротивление сухой тарелки


= Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - вода

.

Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси: ацетон - изопропиловый спирт - вода

Сопротивление, вызываемое силами поверхностного натяжения

Ректификационная установка непрерывного действия
    <div class=

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: