Ректификационная колонна

Автор: Пользователь скрыл имя, 05 Ноября 2011 в 21:55, курсовая работа

Описание работы

Современная промышленность требует все больше чистых и особо чистых материалов. Поэтому производство становится еще более важными, сложным и дорогостоящими, а технологиям по разделению веществ и их очистке от примесей уделяется все большее внимание.
Наиболее распространенной промышленной технологией разделения является ректификация. Основы современной промышленной ректификации в настоящем ее виде были заложены около 40-50 лет назад [2

Содержание

Введение………………………………………………………….………… ……... 5
Основные теоретические положения процесса бинарного разделения смеси этилацетат-толуол, с помощью колпачковой ректификационной колонны………………………………………………………………….…..7
1.1.Теоретические основы процесса ректификации……………….…......7
1.2. Выбор конструкционного аппарата................................. …………..15
1.3. Физико-химическая характеристика продуктов…………………....16
1.4. Выбор конструкции материала……………………………….……....18
2. Технологический схема………………………………………………..…...22
2.1. Материальный баланс колонны………………………………..…...…22
2.2 Рабочее флегмовое число……………………………………..………..22
2.3. Средние массовые расходы по жидкости и пару……………….......29
3. Диаметр колонны и скорость пара…………………………………….......32
3.1. Средняя температура верха и низа колонны…....................................32
3.2. Плотности жидкой и паровой фазы …..................................................33
3.3. Максимальная скорость пара и диаметр колонны в верхней части колонны………………..………………………………………………….…35
3.4. Максимальная скорость пара и диаметр колонны в нижней части
колонны……………………..………………………………………..…...…36
3.5. Выбор диаметра колонны……………………………………………...37
3.6. Действительные рабочие скорости паров…………………… ……..38
4. Высота и полное гидравлическое сопротивление колонны…………….38
4.1. Выбор тарелки……………………………………………………...…...39
4.2. Расчет высота переливного устройства тарелки………………….......40
4.3. Эффективность тарелки в верхней части колонны………………...…43
4.4. Эффективность тарелки в нижней части колонны…………………..44
4.5. Высота колонны………………………………………………..........….47
5. Определение числа и размера колпачков…………………………………..48
6. Расчет гидродинамического сопротивления ……………………… …..…49

7. Тепловой баланс………………………………………….…………….…......52
8. Расчет аппарата на прочность……………………………………………..…55
8.1. Расчёт толщины стенки обечайки………………………………………55
8.2. Расчёт толщины днища …………………………………………………55
8.3. Определение толщины тепловой изоляции …………………………....56
9. Расчёт и выбор вспомогательного оборудования……………………….....58
9.1. Расчёт диаметра трубопроводов………………………………………...58
9. 2. Расчёт теплообменного оборудования…………………………………63
9.1. Расчёт дефлегматора……………………………………………………..63
9.2. Расчёт водяного холодильника кубового остатка……………………..67
9.3. Расчёт водяного холодильника дистиллята…………...………………..69
9.4. Расчёт куба-испарителя…………...……………………………………..70
9.5. Расчёт подогревателя исходной смеси……………………………….....71
10. Объём и размеры ёмкостей для исходной смеси и продуктов
разделения……………………………………………………………………73
10.1. .Расчёт ёмкости для исходной смеси………………………………..…73
10. 2. Расчёт ёмкости для дистиллята…………………………………….….73
10.3. Расчёт ёмкости для кубового остатка……………………………….…74
11. Напор и марка насосов…………….……………………………………….…74
11.1. Расчёт и выбор насоса для подачи исходной смеси………………..…74
11.2. Выбор запасного насоса для подачи исходной смеси…….……….…78
11.3. Расчёт и выбор насоса, стоящего на выходе кубового остатка из ёмкости ………………………………………………………………………..78
11.4. Расчёт и выбор насоса, стоящего на выходе дистиллята из ёмкости3……………………………………………………………………….79
Заключение ……………………………………………………………………..…..81
Библиографический список…………………………………………

Скачать полностью (488.98 Кб) Сколько стоит заказать работу?
Работа содержит 1 файл

РЕКТИФИКАЦИЯ КУРСОВИК (Автосохраненный).docx

— 518.70 Кб (Скачать)
fy">

2.  Технологический расчет

2.1. Материальный баланс колонны

2.1.1. Уравнение материального баланса

                                                                                              (1)

                                                                           (2)

2.1.2. Содержание легколетучего компонента:

- в исходной смеси;

  в дистилляте;

- в кубовом остатке;

массовый  расход по дистилляту  GD = 3300 кг/ч = 0,92 кг/c.

    Обозначим массовый расход по исходной смеси GF кг/c, кубового остатка через GW кг/c.

    Уравнение материального баланса ректификационной колонны непрерывного действия имеет  вид:

                                                                           (3)

GF = 3300 + GW ;

0,11GF = 3300*0,93 + 0,015GW

363 + 0,11 GW = 3069 + 0,015GW

0,095 GW =2706

GW = 28484,2  кг/ч =7,39 кг/c

GF = 3300 + 28484,2  = 31784,2 кг/ч = 8,8  кг/c.

                                                              (4)

2.2. Рабочее флегмовое число

2.2.1. Пересчет состава фаз из массовых долей в мольные 

где - молекулярная масса этилацетата ()

       - молекулярная масса толуола () 
 
 
 
 
 

     2.2.2. Концентрация легколетучего компонента в паровой фазе

Исходные данные введем в табл. 1 [10]:

Таблица 1

Данные  по парожидкостному равновесию для  системы этилацетат-толуол при нормальном давлении

x, кмоль/кмоль смеси y, кмоль/кмоль смеси T, °C
2,1 6,4 108,82
3,2 9,7 107,87
4,8 13,7 106,94
10,7 26,5 103,46
17,5 39,1 99,80
27,0 52,8 95,51
28,3 54,5 95,02
36,5 62,9 92,09
45,2 70,3 89,22
59,8 80,0 85,16
65,6 83,7 83,55
71,5 86,7 82,25
77,3 89,9 81,14
83,5 92,8 79,91
89,1 95,3 78,80
92,2 96,7 78,39
95,4 98,0 77,81
97,0 98,7 77,60
 

По данным табл. 1 построим диаграмму равновесия x,y:

Рис. 8. Диаграмма равновесия между паром (у) и жидкостью (х) при постоянном давлении

 Из рисунка 7 найдем значение

2.2.3. Минимальное флегмовое число 

2.2.4. Рабочее флегмовое число R

Определяем рабочее  флегмовое число R по формуле:

 

    где β – коэффициент избытка флегмы (берем произвольно). 

;  

; 
 
 

Рассчитаем число B: 

     Построим  диаграммы равновесия x,y. На диаграммах отложим значения В, затем построим рабочие линии укрепляющей и исчерпывающей части колонны и нанесем линии обозначающие теоретические тарелки. По количеству пиков, определим число теоретических тарелок (Nт).

Рис. 9 - Диаграмма равновесия между паром (х) и жидкостью (у) при флегмовом числе R1=3,78 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 10 - Диаграмма равновесия между паром (х) и жидкостью (у) при флегмовом числе R2=4,86

Рис. 11. - Диаграмма равновесия между паром (х) и жидкостью (у) при флегмовом числе R3=1,57

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 12. - Диаграмма равновесия между паром (х) и жидкостью (у) при флегмовом числе R4=2,1

Рис. 13.- Диаграмма равновесия между паром (х) и жидкостью (у) при флегмовом числе R4=2,1

Рис. 14. - Диаграмма равновесия между паром (х) и жидкостью (у) при флегмовом числе R4=22,5

Полученное  количество теоретических тарелок  занесем в таблицу 2:

Таблица 2

Данные  для нахождения R рабочего флегмового числа

 R 3,78 4,86 6,3 8,46 11,88 22,5
Nт 14 12 10 8 7 6
66,92 58,6 73 75,68 90,16 141

где – минимальное произведение, пропорциональное объему ректификационной колонны ( – число ступеней изменения концентраций или теоретических тарелок, а – расход паров).

По данным табл. 2 построим график зависимости:

Рис. 15. – График зависимости Nт от Nт·(R-1) 

Из рисунка 14 находим, что R=4,8

2.3. Средние массовые расходы по жидкости и пару

2. 3.1. Средний мольный состав жидкости в верхней и нижней частях колонны

 
 

где - состав исходной смеси, - состав кубового остатка, - состав дистиллята.

2.3.2.  Средние мольный массы жидкости в верхней и нижней частях колонны 

где - молекулярная масса этилацетата; - средний мольный состав жидкости в верхней части колонны; - молекулярная масса толуола. 
 

где - молекулярная масса этилацетата; - средний мольный состав жидкости в нижней части колонны; - молекулярная масса толуола. 

2.3.3. Мольная масса исходной смеси 

где - молекулярная масса этилацетата; - состав исходной смеси. 

2.3.4. Средние массовые расходы по жидкости для верхней и нижней частей колонны 

где Р  – массовый расход по дистилляту; – рабочее флегмовое число; - средняя мольная масса жидкости в верхней части колонны; - мольная масса дистиллята (). 
 

Средний массовый расход по жидкости для нижней части колонны

 
 
 

2.3.5. Средний мольный состав пара в верхней и нижней частях колонны

Из рис. 7 находим соответственно:  

Средний мольный состав пара в верхней  части колонны: 

Средний мольный состав пара в нижней части колонны: 
 

2.3.6. Средние мольные массы пара в верхней и нижней части колонны

Средние мольные массы пара в верхней части колонны найдем по следующей формуле: 

где - молекулярная масса этилацетата; - средний мольный состав пара в верхней части колонны; - молекулярная масса толуола. 

Определим средние мольные массы пара в нижней части колонны: 

где - молекулярная масса этилацетата; - средний мольный состав пара в верхней части колонны; - молекулярная масса толуола.

 
 
 

2.3.7. Средние массовые расходы пара в верхней и нижней частях колонны

Рассчитаем средний  расход пара в верхней части колонны: 
 

Рассчитаем  средний расход пара в нижней части  колонны: 
 
 

  1. Диаметр колонны  и скорость пара
 

3.1. Средняя температура верха и низа колонны

     Построим  диаграмму зависимости концентраций в паровой и жидкой фазе от температуры  .

     Из  рис. 16 температура в средней части колонны равна , что соответствует ;

 в  верхней части температура  - ;

 и  в нижней части температура  - .

Тогда средние температуры равны: 

Рис.16. - Диаграмма зависимости концентраций в паровой и жидкой фазе от температуры 
 
 

3.2. Плотности и вязкости жидкой и паровой фазы

3.2.1. Плотность жидкой фазы в верхней части колонны

     При средней температуре верхней части 90°С, плотности жидких этилацетата и толуола равны соответственно: 

По закону аддитивности: 
 
 
 

3.2.2. Плотность жидкой фазы в нижней части колонны

Информация о работе Ректификационная колонна