Файл: Расчёт ректификационной установки непрерывного действия для разделения бинарной смеси метанолацетон производительностью 7 тоннчас.doc

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 12.01.2024

Просмотров: 435

Скачиваний: 3

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Р асчёт ректификационной установки . Вариант 11
Российский химико-технологический университет имени Д.И.МенделееваКафедра “Процессы и аппараты”

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по процессам и аппаратам на тему:«Расчёт ректификационной установки непрерывного действия для разделения бинарной смеси метанол-ацетон производительностью 7 тонн/час»ВАРИАНТ №11Выполнил:Костин А.МГруппа:O-42Проверила:ТарасоваМосква2005Содержание

  1. 1 . Задание по курсовому проектированию 2

  2. 2 . Введение 3

  3. 3 . Подбор материалов 5

  4. 4 . Материальный баланс процесса

      1. 4.1. Нахождение оптимального флегмового числа графическим

      2. способом 6

      3. 4.2. Расчёт средних массовых расходов 7

  5. 5. Скорость пара и диаметр колонны

      1. 5.1 Расчёт скорости пара 8

      2. 5.2 Высота светлого слоя жидкости 8

      3. 5.3 Коэффициенты массопередачи и высота колонны 9

      4. 5. 4Расчёт высоты сепарационного пространства : 10

      5. 5. 5 Расчёт кинетической кривой 10

  6. 6. Гидравлическое сопротивление тарелок колонны 12

  7. 7. Тепловой расчёт

      1. 7. 1 Тепловой расчёт подогревателя исходной смеси 13

      2. 7. 2 Тепловой расчёт кипятильника 14

      3. 7. 3 Тепловой расчет дефлегматора . 15

      4. 7. 4 Тепловой расчёт холодильника дистиллата 16

      5. 7. 5 Тепловой расчёт холодильника кубового остатка 17

      6. 7.6 .Тепловая изоляция колонны 18

  8. 8 . Расчет и выбор диаметров штуцеров и трубопроводов 19

  9. 9. Механический расчёт

    1. 9.1 Расчет толщины обечайки 20

    2. 9.2 Расчет толщины днища и крышки 21

      1. 9. 3. Подбор фланца к крышке 22

  10. 10 .Расчет и подбор вспомогательного оборудования

      1. 10 . 1. Расчет и подбор емкостей 22

      2. 10 . 2. Расчет и подбор насосов 22

  11. 11 .Выбор точек контроля и регулирования 25

  12. 12 .Список используемой литературы 26
1.Задание по курсовому проектированиюРассчитать и спроектировать ректификационную установку непрерывно-го действия для разделения бинарной смеси “ацетон-метанол” по следу-ющим данным :1.Производительность по исходной смеси : 7 тонн/час.2.Содержание легколетучего компонента в:
а) исходной смеси :20% масс.б) верхнем продукте (ректификате): 78% масс.в) нижнем продукте (кубовом остатке):0.5% масс.3.Тип колонны: тарельчатая.4.Тип контактных элементов:5.Обогрев кипятильника:насыщенный водяной пар6.Конденсация паров в дефлегматоре: полная.7.Охлаждающая среда в дефлегматоре: вода.8.Давление в колонне:

2 .Введение

Одним из наиболее распространенных методов разделения жидких однородных смесей, состоящих из двух, и более числа компонентов является ректификация.Ректификация – тепломассообменный процесс разделения жидкой смеси накомпоненты путем противоточного многократного взаимодействия потоков пара и жидкости, имеющих различную температуру. Этот процесс в большинстве случаев осуществляется в противоточных колонных аппаратах с различными контактными элементами (насадка, тарелки). В процессе ректификации происходит непрерывный обмен между жидкой и паровой фазой. Жидкая фаза обогащается более высококипящим компонентом, а паровая фаза – более низкокипящим. Такой двусторонний обмен компонентами, по­зволяет получить, в конечном счете, пары, представляющие собой почти чистый низкокипящий компонент. Эти пары после конденсации в отдельном аппарате дают дистиллят (ректификат) и флегму - жидкость, возвращаемую для орошения колонны и взаимодействия с поднимающимися парами. Пары по­лучают путем частичного испарения снизу колонны остатка, являющегося почти чистым высококипящим компонентом. Таким образом, процесс тепломассообмена происходит по всей высоте колонны между стекающим вниз дистиллятом, образующимся наверху колонны (флегмой), и поднимающимся вверх паром.Чтобы интенсифицировать процесс тепломассообмена применяют контактные элементы, увеличивающие поверхность взаимодействия фаз. В случае применения насадки, флегма стекает тонкой пленкой по ее развитой поверхности. В случае применения тарелок, пар в виде множества пузырьков, образующих развитую поверхность контакта, проходит через слой жидкости на тарелке.В настоящее время процесс ректификации широко распространен в химической технологии и применяется для получения разнообразных продуктов в чистом виде. Однако проведение ректификации возможно в том случае, если отсутствует равновесие (и соответственно имеется разность температур фаз) при движении фаз с определённой относительной скоростью и осуществляется их многократное контактирование.
Процессы ректификации осуществляются периодически или непрерывно при различных давлениях, а также различными способами. Выбор того или иного способа проведения ректификации основано на технико-экономическом расчёте и анализе свойств разделяемой смеси. Так для разделения смесей высококипящих веществ используют ректификацию под вакуумом, а для разделения смесей веществ с близкими температурами кипения используют экстрактивную или азеотропную ректификацию.Целью моего проектирования является расчёт тарелчатой ректификационной установки непрерывного действия для разделения бинарной смеси «метанол – ацетон ». Смесь «метанол – ацетон» обладает разбросом в температурах кипения разделяемых компонентов, устойчивых при этих температурах, что позволяет для её разделения использовать процесс ректификации.Большое разнообразие тарельчатых контактных устройств затрудняет выбор опти­мальной конструкции тарелки. При этом наряду с общими требованиями (высокая интенсивность единицы объема аппарата, его стоимость и др.) ряд требований может определяться спецификой производства; большим интервалом устойчивой работы при изменении нагрузок по фазам, способностью тарелок работать в среде загрязненных жидкостей, возможностью защиты от коррозии и т. п. Зачастую эти качества становятся превалирующими, определяющими пригодность той или иной конструкции для исполь­зования в каждом конкретном процессе. Размеры тарельчатой колонны (диаметр и высота) обусловлены нагрузками по пару и жидкости, типом контактного устройства (тарелки), физическими свойствами взаимодействующих фаз.Ректификацию жидкостей, не содержащих взвешенные частицы и не инкрустирую­щих, при атмосферном давлении в аппаратах большой производительности часто осуществляют на ситчатых переточных тарелках. Поэтому выполним расчет ректификационной колонны с ситчатыми тарелками.
1-емкость для исходной смеси;2,3-насосы;4-холодильник кубовой жидкости; 5-кипятильник;6-ректификационная колонна;7-дефлегматор;8-холодильникдистиллята;9-емкость для сбора дистиллята;10-емкость для кубовой жидкости.3. Подбор материаловКонструкционный материал выбираем исходя из соображений коррозионной стойкости материала. Скорость коррозии не должна превышать 0,1 мм. в год.
Мы имеем дело с органическими жидкостями и их парами. В этом случае используются хромированные стали.Выбираем сталь Х18Н10ТСостав стали:С – не более 0,12%; Si – не более 0,8%; Мn – 1-2 %;Cr – 17-19%; Ni – 9-11%; Ti – 0,6%Примеси: S – не более 0,02 %; P – не более 0,035%Коэффициент теплопроводности для этой стали равен 16,4 Вт/м кПрокладочный материал фторопласт – 4.4Материальный баланс процесса4.1. Нахождение оптимального флегмового числа графическим способом .Расчёт заключается в нахождении такого флегмового числа ,которому соответствует минимальное значение N (R+ 1), пропорциональное объёму ректификационной колонны .Равновесные данные:

концентрация ацетона , мол.%
Температура,°С

х
у

0
0
64,5

5
10,2
63,6

10
18,6
62,5

20
32,2
60,2

30
42,8
58,7

40
51,3
57,6

50
58,6
56,7

60
65,6
56

70
72,5
55,3

80
80
55,05

100
100
56,1
Пересчитаем массовые доли содержания спирта в исходной смеси, ректификате и кубовом остатке в мольные: ; кмоль / кмоль смесиАналогично найдем: xP=0.662 ; xW=0,003 кмоль/кмоль смеси. Rmin = ( xp- y*f)/( y*f - xf ) = (66,2-21,2)/(21,2-12,1)=4,78Обычно коэффициент избытка флегмы , при котором достигается оптимальное флегмовое число, не превышает 1,3. Задавшись различными значениями коэффициентов избытка
флегмы β, определим соответствующие флегмовые числа. Графическим построением ступеней изменения концентраций между равновесной и рабочими линиями на диаграмме состав пара y - состав жидкости х , находим N.

β
R
N
N(R+1)

1,25
5,975
25
174,375

1,3
6,214
21
151,494

1,4
6,692
20
153,84

1,5
7,17
19
155,23


Расчёт на ЭВМ дал следующий результат R = 6.7129 , примем это флегмовое число за рабочее .W = 7000/3600*(66,2-12,1)(66,2-0,3) =1,596 кг/сP = F - W = 7000/3600 - 1.596 = 0.348 кг/с4.2. Расчёт средних массовых расходовМольная масса дистиллата равна :Mp =0,662*58,08+ 32.04*(1- 0,662)= 49,28 кг / кмольСредний мольный состав жидкости в верхней части колонны :X ср.в =0,5*( Хр + Хf ) = 0.39 кмоль / кмоль смесиСредний мольный состав жидкости в нижней части колонны :X ср.н =0,5*( Хw + Хf ) = 0.062 кмоль / кмоль смесиСредняя мольная масса жидкости в верхней части колонны :Mв = Ма* X ср.в + Мм*(1 - X ср.в) = 42,235кг / кмольСредняя мольная масса жидкости в нижней части колонны :Mн = Ма* X ср.н + Мм*(1 - X ср.н) =33,655 кг / кмольМольная масса исходной смеси :MF = 0,121*58,08+(1-0,121)*32,04 = 35,19 кг / кмольСредняя массовая нагрузка по жидкости для верхней части колонны :Lв = PRMВ / MP = 2.003 кг/сСредняя массовая нагрузка по жидкости для нижней части колонны :Lн = PRMн / MP = 1.596 кг/сСредний мольный состав пара в верхней части колонны :Y ср.в =0,5*( Yр + Yf ) = 0.458 кмоль / кмоль смесиСредний мольный состав пара в нижней части колонны :Y ср.н =0,5*( Yw + Yf ) = 0.113 кмоль / кмоль смесиСредняя мольная масса пара в верхней части колонны :M'в = Ма* Y ср.в + Мм*(1 - Y ср.в) = 43,953 кг / кмольСредняя мольная масса пара в нижней части колонны :M'н = Ма* Y ср.н + Мм*(1 - Y ср.н) = 34,970 кг / кмольСредняя массовая нагрузка по пару для верхней части колонны :Gв = P(R + 1 )M'В / MP = 2.395 кг/сСредняя массовая нагрузка по пару для нижней части колонны :Gн = P(R + 1 )M'н / MP = 1,906 кг/с5. Скорость пара и диаметр колонны

Смотрите также файлы