Автор: Пользователь скрыл имя, 05 Ноября 2011 в 21:55, курсовая работа
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
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…………………………………………
Температуру исходной смеси определяем по диаграмме « t – x,y »:
ХW = 0,016 кмоль/кмоль см. – 108°С.
Тогда ρ = 793 .
По таблице выбираем в соответствии с ГОСТ 6533-78 подходящую ёмкость типа ГЭЭ (горизонтальный корпус с эллиптическим днищем и крышкой) номинальной вместимостью 160 м3.[8]
Таким
образом, мы устанавливаем по одной
горизонтальной ёмкости с эллиптическим
днищем и крышкой для исходной
смеси (V = 160 м3), для дистиллята
(V = 10 м3) и для кубового остатка
(V = 160 м3). Так как вещества имеют
запах, мы ставим аппараты с крышками для
предотвращения его распространения.
Также крышки защищают от разбрызгивания
и уноса жидкостей. Выбираем именно горизонтальные
ёмкости, так как они требуют меньшей высоты
промышленных зданий.
11. Напор
и марка насосов
11.1. Расчёт и выбор насоса для подачи исходной смеси
а) выбор
диаметра трубопровода проведём, приняв
скорость смеси этилацетат – толуол
во всасывающей и нагнетательной
линиях одинаковой и равной 2 .
По ГОСТу выбираем диаметр трубопровода d = 30 х 2,0 мм. трубы стальные прямошовные.
dвнутр. = 30 – 2 . 2,0 = 28 мм.
Выбираем стальной трубопровод с незначительной коррозией.
б) рассчитываем потери на трение и местные сопротивления:
Определим
режим течения смеси этилацетат
– толуол:
Динамический
коэффициент вязкости смеси этилацетат
– толуол при t
= 20
:
μ = 0,518 . 10-3 Па . с. [21, табл. IХ]
Плотность смеси этилацетат – толуол при t = 20 :
ρ =
799 .
Среднее значение абсолютной шероховатости стенок труб е = 0,2 мм [21, табл.XII]. Относительная шероховатость По рис 1.5 [21] находим значение коэффициента трения λ = 0,025.
Сумма
коэффициентов местных
Таблица 7
Вид сопротивления
| Вид сопротивления | Значение коэффициента местного сопротивления |
| Вентиль нормальный, 2 | = 6,45 . 2 = 12,9 |
| Колено 900 стандартный чугунный, 2 | = 1,8 . 2 = 3,6 |
| Вход в трубу с острыми краями, 1 | = 0,5 |
Тогда:
Потери
напора на всасывающей линии:
Сумма
коэффициентов местных
Таблица 8
Значение сопротивления
| Вид сопротивления | Значение коэффициента местного сопротивления ξ |
| Вентиль нормальный, 1 | = 6,25 |
| Выход из трубы, 1 | = 1,0 |
Тогда
Потери
напора на нагнетательной линии:
Общие потери напора:
Нп
=Нвс+ Нн
Нп = 4,3 + 4,1 = 8,4 м.
в) рассчитываем
полный напор, развиваемый насосом:
Р2 – Р1 = Ризб. = 1ат. = 98100 Па.
г) подбираем насос по ГОСТу:
По таблице устанавливаем, что по заданным производительности и напору следует выбрать центробежный насос марки Х20/31, для которого при оптимальных условиях работы производительность Q = 5,5 . 10-3 , напор Н = 31 м, к.п.д. насоса ηн = 0,55. Насос снабжён двигателем ВАО–41–2 номинальной мощностью 5,5 кВт (ηд = 0,84, частота вращения вала n = 48,3 [21, с.38, табл.1]
д) находим мощность, потребляемую двигателем:
Полезная
мощность насоса:
Для выбранного
центробежного насоса .
Тогда мощность, потребляемая
двигателем насоса:
е) находим предельную высоту всасывания:
Для центробежных насосов запас напора, необходимый для исключения кавитации, рассчитывают по формуле:
ht находим по табл. 2.2, [21]:
ht
= 0,24 м
Таким образом, высота всасывания должна быть не более 2,56 м
11.2. Выбор запасного насоса для подачи исходной смеси
Можно
выбрать такой же насос, как и
первый, так как он служит запасным и взаимозаменяет
его.
11.3. Расчёт
и выбор насоса, стоящего на выходе кубового
остатка из ёмкости 2
По таблице
устанавливаем, что по заданным производительности
и напору следует выбрать центробежный
насос марки Х8/31, для которого при оптимальных
условиях работы производительность
Q = 2,4 . 10-3
, напор Н = 30 м, к.п.д. насоса
ηн = 0,5. Насос снабжён двигателем
ВАО–32–2 номинальной мощностью 4 кВт
(ηд = 0,83, частота вращения
вала n = 48,3
).
11.4. Расчёт
и выбор насоса, стоящего на выходе дистиллята
из ёмкости 3
По таблице устанавливаем, что по заданным производительности и напору следует выбрать центробежный насос марки Х45/31, для которого при оптимальных условиях работы производительность Q = 4,2 . 10-4 , напор Н = 31 м. Насос снабжён двигателем АОЛ-12-2 номинальной мощностью 1,1 кВт (частота вращениявалаn=50 ). [19].
Таблица 9
Марки насосов.
| Насос | Марка насоса | Q, | Н, м столба жидкости | ηн | n, | Электродвигатель | ||
| тип | ηд | Nн, кВт | ||||||
| Насос 1 | Х20/31 | 5,5 . 10-3 | 31 | 0,55 | 48,3 | ВАО–41–2 | 0,84 | 5,5 |
| Насос 2 | Х20/31 | 5,5 . 10-3 | 31 | 0,55 | 48,3 | ВАО–41–2 | 0,84 | 5,5 |
| Из ёмкости 2 | Х8/30 | 2,4 . 10-3 | 30 | 0,50 | 48,3 | ВАО–32–2 | 0,83 | 4 |
| Из ёмкости 3 | Х2/25 | 4,2 . 10-4 | 25 | - | 50 | АОЛ–12–2 | - | 1,1 |
Таким образом для нашего процесса мы используем центробежные насосы, так как они имеют следующие преимущества:
Заключение
В соответствии с поставленной целью в рамках курсовой работы был спроектирована ректификационная колонна непрерывного действия с колпачковыми тарелками. Для достижения поставленной цели необходимо было решить комплекс взаимосвязанных задач.
Первая задача заключалась в следующем: изучить теоретические основы процесса ректификации. Для решения поставленной задачи в первой главе курсовой работы нами были проанализирована учебная литература, на основе которых было сформулировано определение процесса ректификации. Была рассмотрена классификация процесса ректификации. По способу проведения ее делят на периодического и непрерывного действия. Определили, что в состав ректификационной установки входят: дефлегматор, кипятильник, подогреватель, конденсатор. Узнали, что процесс ректификации может протекать при атмосферном давлении, а также при давлениях выше и ниже атмосферного.
Вторая задача состояла в рассмотрении особенностей колпачковой ректификационной колонны непрерывного действия. Для этого была использована дополнительная литература: журналы, сайты в интернете. На основе информации из этих источников было проведено сравнение колпачковой ректификационной колонны с другими колоннами. В ходе анализа было выявлено, что колпачковые тарелки наиболее часто применяют в ректификационных процессах и более выгодны для использования в промышленности.
Следующей задачей было найти методику расчета ректификационной колонны. Вся практическая часть курсовой работы была построена согласно учебно-методическому пособию по курсовому проектированию по предмету процессы и аппараты химической технологии. Производя расчеты и определяя размеры аппарата мы опирались на пособие по курсовому проектированию под редакцией Ю. И. Дытнерского.