Российский химико-технологический университет имени Д.И.Менделеева

Кафедра “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 №11


Выполнил:Костин А.М

Группа:O-42

Проверила:Тарасова

Москва

2005
Содержание

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 проектированию
Рассчитать 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 пар

6.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 на

компоненты 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 материалов

Конструкционный 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 Х18Н10Т

Состав 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 к

Прокладочный материал фторопласт – 4.

4 Материальный баланс процесса

4.1. 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 смеси

Аналогично найдем: x_P=0.662 ; x_W=0,003 кмоль/кмоль смеси.
R_min = ( x_p- y^*_f)/( y^*_f - x_f ) = (66,2-21,2)/(21,2-12,1)=4,78

Обычно 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/с

P = F - W = 7000/3600 - 1.596 = 0.348 кг/с
4.2. Расчёт средних массовых расходов

Мольная масса дистиллата равна :

M_p =0,662*58,08+ 32.04*(1- 0,662)= 49,28 кг / кмоль

Средний мольный состав жидкости в верхней части колонны :

X ср.в =0,5*( Хр + Хf ) = 0.39 кмоль / кмоль смеси

Средний мольный состав жидкости в нижней части колонны :

X ср.н =0,5*( Хw + Хf ) = 0.062 кмоль / кмоль смеси

Средняя мольная масса жидкости в верхней части колонны :

Mв = Ма* X ср.в + Мм*(1 - X ср.в) = 42,235кг / кмоль

Средняя мольная масса жидкости в нижней части колонны :

Mн = Ма* X ср.н + Мм*(1 - X ср.н) =33,655 кг / кмоль

Мольная масса исходной смеси :

M_F = 0,121*58,08+(1-0,121)*32,04 = 35,19 кг / кмоль

Средняя массовая нагрузка по жидкости для верхней части колонны :

Lв = PRM_В / M_P = 2.003 кг/с

Средняя массовая нагрузка по жидкости для нижней части колонны :

Lн = PRM_н / M_P = 1.596 кг/с

Средний мольный состав пара в верхней части колонны :

Y ср.в =0,5*( Yр + Yf ) = 0.458 кмоль / кмоль смеси

Средний мольный состав пара в нижней части колонны :

Y ср.н =0,5*( Yw + Yf ) = 0.113 кмоль / кмоль смеси

Средняя мольная масса пара в верхней части колонны :

M'в = Ма* Y ср.в + Мм*(1 - Y ср.в) = 43,953 кг / кмоль

Средняя мольная масса пара в нижней части колонны :

M'н = Ма* Y ср.н + Мм*(1 - Y ср.н) = 34,970 кг / кмоль

Средняя массовая нагрузка по пару для верхней части колонны :

Gв = P(R + 1 )M'_В / M_P = 2.395 кг/с

Средняя массовая нагрузка по пару для нижней части колонны :

Gн = P(R + 1 )M'_н / M_P = 1,906 кг/с

5. Скорость пара и диаметр колонны

---

Смотрите также файлы

• Типология речевых стратегий.pptx

• .docx

• Использование цифрового образовательного ресурса.docx

• Доставка грузов и пассажиров "от двери до двери".rtf

• Отчет о прохождении учебной практики по профессиональному модулю пм. 01 Организация и управление торговосбытовой деятельностью в период с 12 сентября 2021 г по 16 октября 2022 г. Специальность 38. 02. 04. Коммерция (по отраслям).pptx