Расчёт ректификационной колонны, числа теоретических тарелок и других параметров в колонне

Диаметр штуцера А  для выхода паров из колонны в  дефлегматор:

м.

Принимаем по ГОСТ 12821-80: d_A =300 мм

Диаметр штуцера В  для входа холодного орошения:

м.

Принимаем по ГОСТ 12821-80: d_B =50 мм.

Диаметр штуцера С  для ввода сырья:

м.

Принимаем по ГОСТ 12821-80: d_c = 50 мм.

Диаметр штуцера К  для вывода, кубовой жидкости в  кипятильник колонны:

м.

Принимаем по ГОСТ 12821-80: d_K=120 мм.

Диаметр штуцера Е для ввода паров из кипятильника колонны:

 

     м

Принимаем по ГОСТ 12821-80: d_E =500 мм.

 

 

 

1.9 Определение толщины тепловой изоляции колонны

 

 

Выбираем в качестве теплоизоляционного материала стеклянную вату, для которой коэффициент теплопроводности =0,05 Вт/( ). Принимаем температуру на внутренней поверхности изоляции равной t_cm1 =97 °С, на наружной поверхности изоляции t_cm2 = - 10,4 °С для зимних условий. Температуру окружающей среды для зимних условий принимаем t_cp = - 20 °С, для летних условий t'_cp =18 °С.

Считаем, что тепловые потери зимой составляют q_noт = 100 Вт/м².

Толщина изоляции рассчитывается по уравнению:

 

м    (83)

 

Коэффициент теплоотдачи a рассчитывается по уравнению:

  

Вт/( ). (84)

Расчетное значение тепловых потерь q_noт.р:

    

Вт/м .  (85)

Так как , никаких корректировок в значения ранее принятых температур вносить не надо.

Проверим условие применимости уравнения (83), приняв толщину стенки колонны =8 мм:

    

.    (86)

 

Принимаем толщину тепловой изоляции равной: = 0,054 м.

 

Проверим температуру  наружной поверхности изоляции _cт2 для летних условий. Для этого преобразуем соотношение (85), подставив в него значение a из уравнения (86):

Находим t =25 °С. Такая температура: является допустимой.

  

;   (87)

Тепловые потери летом  составляют величину:

Вт/м .

 

1.10 Определение площади поверхности теплопередачи

кипятильника  и дефлегматора

 

 

Принимаем коэффициент  теплопередачи от греющего пара к  кипящей жидкости К_к =1200 Вт/(м²×К). Расчетная площадь поверхности теплопередачи кипятильника F определяется по уравнению (88):

      (88)

где Q_куб - тепловая мощность (расход теплоты) аппарата; К - коэффициент теплопередачи в аппарате; ∆t - средняя разность температур горячего и холодного теплоносителя в аппарате.

м .

Принимаем в качестве кипятильника кожухотрубчатый испаритель с паровым пространством, имеющий площадь поверхности теплообмена F = 150 м .

Запас площади теплообмена  кипятильника:

.

Расчетная площадь поверхности  теплообмена в дефлегматоре F_дp складывается из площади поверхности, необходимой для конденсации паров , и площади поверхности, необходимой для охлаждения конденсата :

=      (89)

Принимаем коэффициент  теплопередачи в зоне конденсации  паров  = 800 Вт/(м²×К), а в зоне охлаждения конденсата = 560 Вт/(м²×К).

Тепловой поток в  зоне конденсации паров 

кВт.

Тепловой поток в  зоне охлаждения конденсата:

кВт.

Проверка:

кВт.

Температуру в конце  зоны конденсации паров  можно найти из уравнения:

С.

Средняя разность температур в зоне конденсации паров  и в зоне охлаждения конденсата :

С;

С.

Расчетная площадь поверхности теплопередачи дефлегматора:

м².

Принимаем в качестве дефлегматора одноходовой кожухотрубчатый теплообменник с площадью поверхности теплообмена: F =100 м .

Запас площади теплообмена  составляет:

.

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

 

Ректификация известна с начала XIX века как один из важнейших технологических процессов главным образом спиртовой и нефтяной промышленности. В настоящее время ректификацию все шире применяют в самых различных областях химической технологии, где выделение компонентов в чистом виде имеет весьма важное значение (в производствах органического синтеза, изотопов, полимеров, полупроводников и различных других веществ высокой чистоты). Ректификация - это процесс многократного испарения и конденсации, в ходе которого исходная смесь разделяется на 2 или более компонентов, и паровая фаза насыщается легколетучим (низкокипящим) компонентом, а жидкая часть смеси насыщается тяжелолетучим (высококипящим) компонентом.

Процесс ректификации широко используется в переработке материалов химии и нефтехимии особенно. В обозримом будущем он сохранит актуальность, но следует отметить его высокую энергоемкость, что, видимо, рано или поздно скажется на области его применения. Показателем энергоемкости может служить тот факт, что нефтехимия на собственные нужды расходует от 8 до 12% перерабатываемого сырья. В этой связи целесообразно привести результаты производственного опыта проектирования систем ректификационного разделения смесей, которые позволят уменьшить затраты процесса.

1. При разделении смеси  по температурам кипения компонентов  в первую очередь отделяют  самый низкокипящий компонент.

2. Во вторую очередь  отделяется компонент, находящийся  в избытке по сравнению с  другими компонентами.

3. При разделении смеси  необходимо соблюдать условие, когда в кубе и в верху колонны были бы примерно эквимолярные количества компонентов.

4. Трудные разделения  проводятся с минимальными количествами  в конце схемы разделения.

5. Вывод корродирующих  компонентов должен быть осуществлен  как можно раньше.

Существенным  фактором уменьшения энергетических затрат процессом  ректификации является вакуум (вернее, разряжение), который способен смещать, уменьшать температуру кипения  компонента, увеличивая при той же температуре его испарение.

Если компоненты образуют азеотропную смесь, т.е. смесь, кипящую при определенной температуре и имеющую коэффициент относительной летучести, равный, то применение обычной ректификации не позволяет разделить смесь на индивидуальные компоненты.

Для разделения низкокипящих компонентов, образующих азеотропную смесь, применяют ректификацию в присутствии разделяющего компонента. Ректификация в присутствии разделяющего компонента в зависимости от летучести будет называться азеотропной или экстрактивной ректификацией. Этот вид ректификации может применяться наряду с обычной ректификацией для уменьшения энергетических затрат процесса.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

 

1. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1972.-752 с
2. Коган В.Б., Фридман В.М., Кафаров В.В. Равновесие между жидкостью и паром. -Наука, 1966.-900 с
3. Плановский А.Н., Николаев П.И. Процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1968.-848 с
4. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по процессам и аппаратам. М.: Химия, 1981.-560 с
5. Александров И.А. Ректификационные и абсорбционные аппараты. -М.: Химия, 1978. -277 с
6. Кувшинский М.Н., Соболева А.П. Курсовое проектирование по предмету "Процессы и аппараты химической промышленности".М.:Высшая школа, 1980.-223 с
7. Основные процессы и аппараты химической технологии:Пособие по проектированию / Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Под ред. Ю. И. Дытнерского, 2-е- изд., перераб. и дополн. М.: Химия, 1991.496с.
8. Справочник химика. 2-е изд., пер. и доп. Т. II. М.-Л., Химия, 1971.- 1168 с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ  А

(основное)

 

 

Материальный  баланс ректификационной колонны (таблица А.1)

 

 

Таблица А.1 - Материальный баланс колонны

Компонент	Сырье				Дистиллят				Кубовый остаток
	Массовый расход, кг/ч	Массовая доля, %	Мольный расход, кмоль/ч	Мольная доля, %	Массовый расход, кг/ч	Массовая доля, %	Мольный расход, кмоль/ч	Мольная доля, %	Массовый расход, кг/ч	Массовая доля, %	Мольный расход, кмоль/ч	Мольная доля, %
А	2300	0.25	127.8	0.53	2231.2	0.96	124	0.99	68.8	0.01	3.8	0,03
Б	6900	0.75	115	0.47	93	0.04	1.55	0.01	6807	0.99	113.45	0.97
S	9200	1.0	242.8	1.0	2324.2	1.0	125.55	1.0	6875.8	1.0	117.25	1.0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ  Б

(основное)

 

 

Теплофизические свойства  воды и уксусной кислоты (таблицы Б.1, Б.2)

 

Таблица Б.1- Теплофизические свойства воды

Свойство	Температура,0С
	40	60	80	100	120
Удельная теплоемкость, кДж/кг×К	4.18	4.18	4.19	4.23	4.23
Давление насыщенного пара, мм.рт.ст.			279		703
Удельная теплота парообразования, кДж/кг		2152
Плотность жидкости, кг/м3	992	983	972	958	943
Поверхностное натяжение, дин/см	69.65	65.22	64.14		62
Вязкость пара, Па×с	0.011		0.012
Вязкость жидкости, Па×с	0.66		0.35

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица Б. 2 - Теплофизические свойства уксусной кислоты

Свойство	Температура,0С
	40	60	80	100	120
Удельная теплоемкость, кДж/кг×К	2.1	2.2	2.26	2.33	2.4
Давление насыщенного  пара, мм.рт.ст.	34.8		88.9	417.1	794
Удельная теплота парообразования, кДж/кг	364.8	374.9	383.3	389.5	389.9
Плотность жидкости, кг/м3	1025	999	973	945
Поверхностное натяжение, дин/см	25.8	23.8	21.8	19.8	18
Вязкость пара, Па×с		0.0086	0.0093	0.0099	0.01
Вязкость жидкости, Па×с	1.0		0.55		0.35