Xreferat.com » Рефераты по промышленности и производству » Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт

Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт

Размещено на /

Министерство образования РФ

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра химической технологии


ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К курсовому проекту по дисциплине

Процессы и аппараты химической технологии

Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон–метиловый спирт


Иркутск 2008 г.

СОДЕРЖАНИЕ


ВВЕДЕНИЕ

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА УСТАНОВКИ И ЕЕ ОПИСАНИЕ

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ АППАРАТА

2.1 Материальный баланс колонны

2.2 Пересчет массовых долей

2.3 Расчет рабочего флегмового числа

2.4 Скорость пара и диаметр колонны

2.5 Определение высоты колонны

2.6 Определение числа и размеров колпачков

2.7 Расчет гидравлического сопротивления

2.8 Расчет патрубков и штуцеров

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


ВВЕДЕНИЕ


Ректификация – частичное или полное разделение гомогенных жидких смесей на компоненты в результате различия их летучести и противоточного взаимодействия жидкости, получаемой при конденсации паров, и пара, образующегося при перегонке.

Так, смесь состоит из двух компонентов, то при испарении компонент с наиболее низкой температурой кипения (низкокипящий компонент) переходит в пары, а компонент с наиболее высокой температурой кипения (высококипящий компонент) остается в жидком состоянии.

В настоящее время в химической и нефтехимической промышленности для проведения ректификации применяют насадочные и тарельчатые колонны. Тарельчатым аппаратам обусловлена высокая производительность и широкий диапазон нагрузок по пару и жидкости. Существует большое разнообразие контактных тарелок (колпачковые, ситчатые, клапанные, решетчатые).

Колпачковые тарелки снабжены патрубками, накрытыми сверху колпачками. Газ проходит через слой жидкости, уровень которой на тарелке поддерживается переливными трубками. Нижние концы переливных трубок опущены под уровень жидкости следующей тарелки, благодаря чему создается гидрозатвор, предотвращающий прохождение газа через переливные трубы. Жидкость с тарелки на другую тарелку перетекает через переливные трубы.


1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА УСТАНОВКИ И ЕЕ ОПИСАНИЕ


Исходную смесь из промежуточной емкости-1 центробежным насосом-2 подают в теплообменник-3, где подогревают до температуры кипения и подают в колонну на ту тарелку, где кипит смесь того же состава хF, т.е. на верхнюю тарелку нижней исчерпывающей части колонны. Верхняя часть колонны называется укрепляющей по легколетучему компоненту.

ректификационный колонна патрубок гидравлический

Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт

Рис. 1. Технологическая схема ректификационной установки


Внутри ректификационной колонны-4 расположены контактные устройства в виде тарелок. Снизу вверх по колонне движется пар, поступающий из выносного куба – испарителя (кипятильника)-5 (куб – испаритель может размещаться и непосредственно под колонной). Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка хW, т.е. обеднен легколетучим компонентом. Таким образом, пар, выходящий из куба – испарителя и представляющий собой почти чистый труднолетучий компонент, по мере движения вверх обогащается легколетучим компонентом и покидает колонну в виде почти чистого пара легколетучего компонента. Для полного обогащения верхнюю часть колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом жидкостью (флегмой) состава хР, получаемой в дефлегматоре-6 путем конденсации пара, выходящего из колонны. Пар конденсируется в дефлегматоре, охлаждаемом водой. Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения – дистиллята, который охлаждается в теплообменнике-7 и направляется в промежуточную емкость-8. Флегма, стекая по колонне и взаимодействуя с паром, обогащается труднолетучим компонентом.

Из куба – испарителя отводят нижний продукт или кубовый остаток.

Из кубовой части колонны насосом-9 непрерывно выводится кубовая жидкость – продукт, обогащенный труднолетучим компонентом, который охлаждается в теплообменнике-10 и направляется в емкость-11.


2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ АППАРАТА


2.1 Материальный баланс колонны


Производительность колонны по дистилляту Р и кубовому остатку W определяется из уравнений материального баланса:


Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт ,


где F, P, W – расход исходной смеси, дистиллята, кубового остатка, кг/с.


F = 10 кг/с,

Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт = 5,97 кг/с,

Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт = 4,03 кг/с.


2.2 Пересчет массовых долей


Пересчет массовых долей в мольные:


x = Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт,


где MA и MБ – молярные массы низкокипящего и высококипящего компонентов, соответственно, кг/кмоль.

Ацетон С3Н6О МА = 58 кг/кмоль [1, табл. XLIV], tкип = 56,1°С – низкокипящий компонент.

Метиловый спирт СН3ОН МБ = 32 кг/кмоль, tкип = 64,6°С – высококипящий компонент.


XF = Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт = 0,191 кмоль/кмоль смеси,

XP = Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт = 0,563 кмоль/кмоль смеси,

XW = Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт = 0,017 кмоль/кмоль смеси.


2.3 Расчет рабочего флегмового числа


Для технологического расчета ректификационной колонны необходимо построить равновесную зависимость между жидкостью и паром для смеси ацетон - метиловый спирт в координатах y-x и t-x,y. Эти графики строятся на миллиметровке по опытным данным таблицы 1:


Таблица 1

х у t х У t
0 0 64,6 60 65,5 55,8
2,0 4,7 64 65,0 69,1 55,6
5,0 10,8 63,0 70,0 72,6 55,5
10,0 19,6 61,6 75,0 76,3 55,4
15,0 27,0 60,6 80,0 80,02 55,4
20,0 33,5 59,5 80,1 80,1 55,4
25,0 38,8 58,7 85,0 83,6 55,4
30,0 43,2 58,1 87,0 85,3 55,5
35,0 47,6 57,4 90,0 88,5 55,6
40,0 51,4 56,9 95,0 94,1 55,8
45,0 54,9 56,5 98,0 97,7 56,0
50,0 58,8 56,2 100 100 56,1
55,0 62,1 56,0


Нагрузки ректификационной колонны по поднимающему пару и стекающей вниз жидкости определяются рабочим флегмовым числом R, которое показывает соотношение между количеством флегмы, подаваемой на орошение колонны (Ф) и количеством отбираемого дистиллята (Р):


Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт.


Предварительно определяют минимальное флегмовое число, которое можно рассчитать аналитически:


Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спиртПроект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт = 1,78.


где Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт - концентрация легколетучего компонента в паре, находящегося в равновесии с исходной смесью XF (находится из графика рис. 1).


Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт

Рабочее флегмовое число определяется как


Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт,


где β – коэффициент избытка флегмы (β = 1,02 ч 3,5).

Задаваясь различными значениями коэффициента избытка флегмы β для каждого из них определяется флегмовое число R, отрезок B, число теоретических тарелок в колонне nT, путем вписывания "ступенек" между равновесной и рабочими линиями. Данные заносим в таблицу 2.


Таблица 2

β 1,03 1,2 1,5 1,8 2,1
R 1,83 2,14 2,67 3,20 3,74

Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт

В 0,199 0,179 0,153 0,134 0,119

Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт

- 14 11 10 9
пТ (R + 1) - 44 40,4 42,0 42,7

Строится график в координатах Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт и из точки минимума на кривой определяется оптимальное рабочее флегмового число R: Rопт = 2,67, Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт


Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт

Для найденного рабочего флегмового числа R строятся рабочие линии процесса ректификации.

Уравнение рабочей линии верхней части колонны имеет вид:


Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт

Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт = 0,728х + 0,153


2.4 Скорость пара и диаметр колонны


Предварительно определяются средние концентрации жидкости и пара для верхней и нижней частей колонны:

- средние концентрации жидкости:


Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спиртПроект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт,

Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спиртПроект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт.


- средние концентрации пара:


Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спиртПроект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт

Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спиртПроект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт


По диаграмме Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт при средних концентрациях пара Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт и Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт определяются средние температуры пара Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт, Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт,°С.

Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт = 0,477 → Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт= 57,4 °С,

Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт = 0,185 → Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт= 61,7 °С.


Далее определяются следующие параметры для верхней и нижней частей колонны:

- средние мольные массы паров, кг/кмоль:


Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт; Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт,


где M1 и M2 – мольные массы соответственно низкокипящего и высококипящего компонентов.


Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт кг/кмоль,

Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт кг/кмоль.


- средние плотности пара, кг/м3:


Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт;

Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт,


где T0 – абсолютная температура, равная 273K


Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт кг/м3;

Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт кг/м3.

- средние вязкости пара Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт и Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт, мПа·с:


Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт;

Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт,


где Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт и Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт – среднее мольные массы пара в верху и низу колонны, кг/кмоль;

Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт и Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт - вязкости низкокипящего и высококипящего компонентов паровой смеси при температурах Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт и Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт, мПа·с:

Ацетон μ1 = 0,82 · 10-2 мПа·с при Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт= 57,4 °С [2, прил. 5]

Метиловый спирт μ2 = 1,09 · 10-2 мПа·с

Ацетон μ1 = 0,83 · 10-2 мПа·с при Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт= 61,7 °С

Метиловый спирт μ2 = 1,1 · 10-2 мПа·с


Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт = 0,0090 мПа·с;

Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт = 0,0100 мПа·с.

Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спиртПроект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт;

Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт,

где ρ1 и ρ2 – плотности массы соответственно низкокипящего и высококипящего компонентов при температурах Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт и Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт;

M1 и М2 – мольная масса низкокипящего и высококипящего компонентов, кг/кмоль;

Mж – средняя мольная масса жидкой смеси, кг/кмоль.


Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт;

Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт.


Ацетон ρ1 = 748,9 кг/м3 при Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт= 57,4 °С [1, табл. IV]

Метиловый спирт ρ2 = 758,3 кг/м3

Ацетон ρ1 = 743,7 кг/м3 при Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт= 61,7 °С

Метиловый спирт ρ2 = 754,3 кг/м3.


Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт = 753,3 кг/м3,

Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт = 752,3 кг/м3.


- средние вязкости жидкости Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт и Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт, мПа·с:

Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт; Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт,

где Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт и Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт - вязкости низкокипящего и высококипящего компонентов паровой смеси при температурах Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт и Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт, мПа·с.

Ацетон μ1 = 0,235 мПа·с при Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт= 57,4 °С [1, табл. VI]

Метиловый спирт μ2 = 0,363 мПа·с

Ацетон μ1 = 0,227 мПа·с при Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт= 61,7 °С

Метиловый спирт μ2 = 0,345 мПа·с


Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт; Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт 0,308 мПа·с,

Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт; Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт 0,330 мПа·с.


Средние массовые расходы жидкости для верхней и нижней частей колонны определяются из соотношений:


Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт,

Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт,


где Р и F – производительность колонны по дистилляту и исходному веществу, кг/с,

R – оптимальное рабочее флегмовое число,

МF, МР – мольные массы исходной смеси и дистиллята.

Мольная масса дистиллята принимаем равной мольной массе легколетучего компонента – ацетона:

МР = 58 кг/кмоль.


Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт.

Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт= 7,75 кг/с,

Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт= 15,82 кг/с.


Средний расход пара по колонне постоянен:


G = Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт = Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт = 14,79 кг/с.


Для тарельчатых колонн с колпачковыми тарелками предельную скорость пара определяют:


Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт


где dk – диаметр колпачка, принимаем 80 мм,

НТ – расстояние между тарелками, м,

hk – высота колпачка, принимаем 55 мм.

Расстояние между тарелками – 600 мм.

Верхней части колонны:


Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт

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: