Файл: Курсовая работа проект ректификационной установки пояснительная записка.docx

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеративное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева»
Институт химических технологий

Кафедра промышленной экологии, процессов и аппаратов химических производств


КУРСОВАЯ РАБОТА

ПРОЕКТ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ УСТАНОВКИ

Пояснительная записка

Преподаватель					В.М. Воронин
			подпись, дата		инициалы, фамилия
Обучающийся	БХМ19-01, 192314021				И. Е. Полетаева
	номер группы, зачетной книжки		подпись, дата		инициалы, фамилия

ЗАДАНИЕ

Рассчитать установку непрерывного действия для разделения жидкой бинарной смеси ацетон – бензол, содержащей x_F = 20% (моль) воды. Количество получаемого дистиллята 3,9 кг/с с концентрацией x_D = 90% (моль) воды. Кубовый остаток должен содержать x_W = 6% (моль) воды. Исходная смесь перед подачей в колонну подогревается до температуры кипения. Давление в колонне равно 0,9 ат. Колона оснащена колпачковыми тарелками.

РЕФЕРАТ

В данном проекте приводится расчет ректификационной колонны с колпачковыми тарелками для разделения смеси ацетон – бензол. Определить параметры колонны, гидравлическое сопротивление и тепловые балансы. Рассчитать вспомогательное оборудование – подогреватель, дефлегматор, кипятильники, холодильник, трубопроводы.

---

Курсовой проект содержит: расчетно-графическую работу, состоящую из 41 страницы текста; 3 таблиц; 2 рисунков; 83 формул; 4 литературных источников и графической части, выполненной на 2 листах формата А1, 3 приложений выполненных на миллиметровой бумаге.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ



В химической, нефтехимической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности часто возникает необходимость разделить смеси двух или большего числа жидкостей на отдельные составляющие. Наиболее характерным примером является разделение нефтепродуктов на отдельные фракции, обладающие различными летучестями.

Процесс разделения основан на том, что все жидкости, составляющие смеси, имеют разные летучести или, иначе говоря, - разные температуры кипения при одинаковом внешнем давлении. Следствием такого свойства жидкостей является различное количество паров компонентов над жидкой смесью. Пары над смесью оказываются обогащенными парами более летучих компонентов. Если смесь таких паров отделить от жидкой фазы и полностью сконденсировать, то состав полученного конденсата будет таким же, что и состав паров. Следовательно, новая жидкая смесь окажется в большей степени обогащенной относительно более летучим компонентом по сравнению с исходной жидкой смесью.

Ректификация - массообменный процесс разделения однородной смеси летучих компонентов, осуществляемый путем противоточного многократного взаимодействия паров, образующихся при перегонке, с жидкостью, образующейся при конденсации этих паров.

При ректификации исходная смесь делится на две части: дистиллят - смесь, обогащенную низкокипящим компонентом, и кубовый остаток - смесь, обогащенную высококипящим компонентом.

Ректификация осуществляется в аппаратах, называемых ректификационными колоннами.

Они бывают с непрерывным контактом фаз – насадочные колонны, и со ступенчатым контактом фаз – аппараты тарельчатого типа (с колпачковыми, ситчатыми, клапанными и решетчатыми тарелками).

В тарельчатой колонне жидкая и газовая фазы контактируют только на тарелках, где газ барботирует через слой жидкости. Жидкость перетекает с верхней тарелки на нижнюю по вертикальным перетокам

---

, а газовая фаза проходит снизу вверх через отверстия тарелок и всплывает в слоях жидкости в виде многочисленных пузырьков. Поверхностью контакта фаз является суммарная поверхность всех газовых пузырьков, в слоях жидкости на тарелках.

1 ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЫ
Схема ректификационной установки непрерывного действия представлена на рисунке 1.


Рисунок 1 - Схема ректификационной установки непрерывного действия: 1 – емкость для исходной смеси; 2 – подогреватель; 3 – колонна; 4 кипятильник; 5 – дефлегматор; 6 – делитель флегмы; 7 – холодильник; 8 – сборник дистиллята; 9 – сборник кубового остатка.

Исходную смесь ацетон – бензол из емкости 1 центробежным насосом подают в теплообменник 2, где она подогревается до температуры кипения. Ацетон – это органическое вещество, являющееся бесцветной летучей жидкостью с характерным запахом, применяется в качестве растворителя или для синтеза важных химических продуктов, бензол - органическое вещество, бесцветная жидкость со специфическим сладковатым запахом. Широко применяется в промышленности, является исходным сырьём для производства лекарств, пластмасс, синтетической резины, красителей. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну 3, где состав жидкости равен составу исходной смеси x_F. Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике 4. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка x_w, 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) состава x_p, получаемой в дефлегматоре 5 путем конденсации пара, выходящего из колонны.
Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения - дистиллята, который охлаждается в теплообменнике 7 и направляется в емкость 8.

Из кубовой части колонны насосом непрерывно выводится кубовая жидкость - продукт, обогащенный труднолетучим компонентом, который охлаждается в теплообменнике 7 и направляется в емкость 9.

---

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КОЛОННЫ С КОЛПАЧКОВЫМИ ТАРЕЛКАМИ

2.1 Материальный баланс процесса ректификации

Концентрации исходной смеси, дистиллята и кубового остатка выражать в массовых долях по формуле (1):

(1)

где х_А – мольная доля низкокипящего компонента в жидкости;М_А – мольная масса низкокипящего компонента, кг/кмоль; М_В– мольная масса высококипящего компонента, кг/кмоль.

Мольная масса ацетона – 58 кг/кмоль, мольная масса бензола – 78 кг/кмоль.

Подставим известные значения в формулу (1):





Материальный баланс всей колонны

GF = GD + GW,

(2)

где G_F – массовый расход исходной смеси, кг/с; G_D – массовый расход дистиллята, кг/с; G_W – массовый расход кубовой жидкости, кг/с.

Материальный баланс по низкокипящему компоненту

(3)

где – содержание низкокипящего компонента в массовых долях в исходной смеси, дистилляте, кубовой жидкости, соответственно.

---

Подставим известные значения в формулу (3):




Из уравнения (2):


Подставим известные значения в формулу (4):

Для расчета процесса ректификации строится график изменения составов жидкости и пара в зависимости от температуры по данным из таблицы 1.

Таблица 1- Равновесные составы жидкостей (х) и пара (у) в мол % и температуры кипения (t, ºС) двойных смесей при 662,04 мм рт. ст.

Температура	PA	PB	X	Y
53	662,04	280	1,00	1,00
59	800	340	0,7	0,85
63	900	400	0,5	0,7
69	1100	500	0,3	0,5
73	1300	550	0,1	0,2
79	1500	650	0,01	0,02
84	1800	662,04	0	0

По имеющимся данным о равновесии между жидкостью и паром строим изобары температур кипения и конденсации смеси t=f(x,y) (Приложение 1) и линию равновесия на диаграмме y=f(x) (Приложение 2).

2.2 Расчет флегмового числа
Минимальное флегмовое число при условии, когда кривая равновесия выпуклая и не имеет впадин, можно рассчитать по формуле (5):
(5)
где Y_F* – мольная доля низкокипящего компонента в паре, равновесным с исходной смесью, определяется по диаграмме x-y (Приложение 2). По диаграмме Y_F* = 0,36.

Подставляем известные значения в формулу (5):

---