Ректификационная установка для разделения смеси бензол-толуол

Автор: Пользователь скрыл имя, 21 Апреля 2013 в 09:49, курсовая работа

Описание работы

Ректификация – разделение жидких однородных смесей на составляющие вещества или группы составляющих веществ в результате противоточного взаимодействия паровой смеси и жидкой смеси.
Возможность разделения жидкой смеси на составляющие её компоненты ректификацией обусловлена тем, что состав пара, образующегося над жидкой смесью, отличается от состава жидкой смеси в условиях равновесного состояния пара и жидкости. Сущность процесса ректификации рассмотрим на простейшем примере разделения двухкомпонентной смеси, как и в случае нашего задания по курсовому проектированию, где требуется спроектировать ректификационную установку для разделения смеси «бензол-толуол».

Содержание

1. Описание процесса ректификации………………………………………4
2. Описание технологической схемы ректификационной установки……7
3. Расчет тарельчатой ректификационной колонны………………………9
3.1 Определение производительности по дистилляту и кубовому остатку...............9
3.2 Определение молярных концентраций исходной смеси, дистиллята и кубового остатка. ………………………………………………………………………..10
3.3 Построение равновесной кривой и изобары температур кипения и конденсации (приложение. 1) …………………………………………………………………10
3.4 Определение минимального флегмового числа (приложение.1) …………..…11
3.5 Определение оптимального флегмового числа (приложение 1) ……………...11
3.6 Определение потоков пара по колонне……………………………………13
3.7 и 3.8 Определение ориентировочного диаметра колонны и основных конструктивных характеристик контактного устройства………………………………13
3.9 Расчет рабочей скорости пара……………………………………………14
3.10 Определение диаметра колонны……………………………………...…14
3.11 Выбор решетки…………………………………………………….…14
3.12 Гидравлический расчет контактного устройства…………………………..15
3.13 Определение минимального расстояния между тарелками…………………16
3.14 Определение кинематических коэффициентов……………………………16
3.15 Построение кинетической кривой и определение числа тарелок……….……19
3.16 Определение гидравлического сопротивления колонны……………………19
4. Расчет проходного диаметра штуцеров колонны и выбор фланцев..…20
4.1 Штуцер для входа исходной смеси…………………………………….…20
4.2 Штуцер для выхода пара в дефлегматор…………………………………..20
4.3 Штуцер для входа флегмы в колонну…………………………………..…21
4.4 Штуцер для выхода кубовой жидкости……………………………………21
4.5 Штуцер для входа пара из кипятильника………………………………..…21
4.6 Изготовление штуцеров и выбор фланцев…………………………………22
5. Выбор насосов…………………………………………………………….23
5.1 Насос для подачи исходной смеси………………………………………..23
5.2 Насос для подачи флегмы в колонну и насос для подачи дистиллята в холодильник…………………………………………………………………..…23
6. Расчет кожухотрубчатого конденсатора (дефлегматора)………………24
7. Расчет кожухотрубчатого теплообменника (рекуператора)………..….27
8. Расчет кипятильника……………………………………………………...29
9. Расчет холодильника…………………………………………………..….32
10. Расчет кожухотрубчатого конденсатора (дефлегматора)…………..…34
11.Тепловой баланс ректификации………………………………………...36
12. Расчет колонны на ветровую нагрузку………………………………..37
Список использованной литературы………………………..…...42

Работа содержит 1 файл

RPZ_Cherepanova.doc

— 894.50 Кб (Скачать)

При этом

В пределах от Xw до Xp выбираем ряд значений X. Для каждого значения X определяем по диаграмме величины (Y* - Yн) и (X – X*) как разность между равновесной и рабочей линиями, а затем по этим значениям находим m .Далее подставляем в уравнение общего коэффициента массопередачи полученные значения bx, by и m для различных значений Х. Результаты заносим в Таблицу 5.

Таблица 5.

X

0.006

0.1

0.2

0.3

0.399

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

0.949

Y-Y*

0.005

0.065

0.10

0.10

0.065

0.07

0.08

0.08

0.07

0.055

0.04

X-X*

0.005

0.035

0.065

0.075

0.065

0.10

0.11

0.115

0.115

0.055

0.085

m

1

1.86

1.54

1.33

1

0.7

0.72

0.69

0.61

1

0.47

Ку

273,0

250,4

258,3

263,9

273,0

281,9

281,3

282,2

284,7

273,0

289,1




 

 

3.15 Построение кинетической  кривой и определение числа  тарелок.

 

Для построения кинетической кривой на диаграмме Y – X используем формулу:

Подставляя в эту формулу значения общего коэффициента массоотдачи, полученного для каждого X, находим длины отрезков (Y* - Yк).

X

0.006

0.1

0.2

0.3

0.399

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

0.949

1.77

1.62

1.67

1.71

1.77

1.83

1.82

1.83

1.85

1.77

1.87

Y*-YK

0.85

0.013

0.019

0.018

0.011

0.0112

0.013

0.013

0.011

0.009

0.006




Таблица 6.

 

На диаграмме Y–X (приложение 3) откладываем (Y* - Yк) от равновесной линии вниз. Полученные точки соединяем плавной линией. Построенная кривая является кинетической кривой.

Число реальных тарелок, которое обеспечивает заданную четкость разделения, находим путем построения ступенчатой линии между рабочей и кинетической линиями. Построение ступенчатой линии проводим от концентраций Xf, Xp и от Xf, Xw.

Число ступеней в пределах концентраций Xf…Xp равно числу реальных тарелок в укрепляющей секции колонны. Число ступеней в пределах концентраций Xf…Xw равно числу реальных тарелок исчерпывающей секции колонны.

В результате построения получаем:

- число реальных тарелок в исчерпывающей секции колонны – 14 ;

- общее число тарелок – 22.

 

 

3.16 Определение гидравлического сопротивления колонны.

 

Суммарное гидравлическое сопротивление  колонны:

449,5 22 = 9889 Па

 

4. Расчет проходного диаметра  штуцеров колонны и выбор фланцев.

 

4.1 Штуцер для  входа исходной смеси

 

,

где:  Vи – объемный расход исходной смеси, м3

=2,5/871,112=2,87*10-3  м3

Wи – скорость потока, так как смесь поступает в колонну под напором, принимаем скорость равной 1 м/с;

Gи – массовый расход исходной смеси, кг/с;

Gи =

кг/с

rи – плотность исходной смеси, кг/м3;

 кг/м3

Принимаем диаметр штуцера dи = 60 мм (по ОСТ 26-1413-76)

 

 

4.2 Штуцер для  вывода пара в дефлегматор

 

=
м

где: Vп - объемный расход пара, м3/с ;

, где

=
  кг/с

wп – скорость потока пара, принимаем равной 20 м/с

Gп – массовый расход пара, кг/с;

rу=3,12 – плотность пара, кг/м3;

МД=0,94*78+0,06*92=78,84 – мольная масса исходной смеси

Принимаем диаметр штуцера dп = 255 мм.

 

4.3 Штуцер для входа  флегмы в колонну

 

=
  м

где: Vф – объемный расход флегмы, м3/с;

=
м3

G Ф– массовый расход флегмы, кг/с;

Gф=R*Gдисц=2,277*3417,1=7780,7  кг/ч

rф – плотность флегмы, кг/м3;

0,995*847+0,005*838=846,96  кг/м3

Принимаем диаметр штуцера dф = 50 мм (ОСТ 26-1404- ОСТ 26-1410-76)

 

 

4.4 Штуцер для  выхода кубовой жидкости

 

= =0,174 м

где: Vк – объемный расход кубовой жидкости, м3/с;

=7,16*10-3 м3

Gк – массовый расход кубовой жидкости, кг/с;

7780,74+5582,9+9000=22363,64/3600=6,21 кг/с

Wк – скорость истечения. Так как жидкость выходит самотеком, принимаем 0.3 м/с.

=878,6*Хw+866,9*(1- Хw)=866,96 кг/м3

Принимаем диаметр штуцера  dк =180 мм.

 

4.5 Штуцер для  входа пара из кипятильника

 

=
м

где: Vц – объемный расход пара, выходящего из кипятильника, м3/с;

 м3

Gц – массовый расход циркуляционного пара кг/с;

Gц = GK – Gкуб =6,21-1,55=4,66 кг/ч

Gкуб = Gw=5582,9/3600 кг/ч

rп – плотность пара из кипятильника, кг/м3;

 кг/м3

Wц – скорость входа потока пара из кипятильника, принимаем 30 м/с.

Принимаем диаметр штуцера dц = 250 мм.

 

 

4.6 Изготовление  штуцеров и выбор фланцев

 

Для упрощения конструктивных деталей колонны, будем изготовлять  штуцера из отрезков труб соответствующих  диаметров. Внешний вылет штуцеров составляет » 1.5 от диаметра штуцера, внутренний - » 0.3. Чтобы предупредить попадание жидкости во внутреннее пространство штуцера, подающего циркуляционный пар, труба, из которой он изготовлен, обрезается под углом книзу.

К выступающим отрезкам труб привариваются фланцы плоские стальные (4, стр. 547).

 

5. Выбор насосов

 

5.1 Насос для  подачи исходной смеси

 

 м3

Выбираем центробежный насос марки Х45/31

 

 

 

 

5.2 Насос для  подачи флегмы в колонну и  насос для подачи дистиллята в холодильник

 

  м3

Выбираем центробежный насос марки Х45/31.

 

 

6. Расчет кожухотрубчатого конденсатора (дефлегматора)

 

Бензол  Толуол

 

 

tконд = 80,5 0C

 кг/м3

0.34 Па с

 Вт/м К

r =95,5*4,19=400 кДж/кг

 

 

tн =100С,  tк = 300C,  tср = 200C

   кг/м3

Св = 4180 Дж/кг К

 Вт/м К

 

Молярный расход паров:

1,84 кг/с

Тепловая нагрузка аппарата, Вт:

Q=r

Gп=264,4*400=1244562,1 Вт

Расход охлаждающей жидкости (воды)

 кг/с

Примем трубы теплообменника диаметром 25 2 мм. Задаемся критерием Рейнольдса для воды Re = 15000 (развитое турбулентное течение)  и определяем требуемое число труб :

Оценим ориентировочно величину требуемой поверхности теплопередачи.

По таблице ориентировочное  среднее значение коэффициента теплопередачи  в конденсаторах паров органических веществ К=550 Вт/(м2К).

t1=85.35-10=75.35

Тогда требуемая площадь  поверхности конденсатора:

 м2

Одноходовой теплообменник с площадью поверхности такого порядка (табл. ХХХΙV) :

Число труб n=121 шт,  d=25 2 мм с шагом 32 мм, F = 37 м2, L = 4000м, D=400 мм.

Коэффициент теплоотдачи  от пара , конденсирующегося в пучке  труб

где - усредненный для всего пучка коэффициент, зависящий от расположения труб в пучке и от числа труб в каждом вертикальном ряду, выберем шахматное расположение труб 

(граф.4-8 [1])

 Вт/(м2К)

Тепловой расчет выбранного конденсатора

Определяем коэффициент  теплоотдачи для воды

 Вт/(м2К)

Тепловая проводимость загрязнения со стороны метанола (табл. ХХХΙ[1])

Термическое сопротивление  стальной стенки трубы

 м2К/Вт,

где - коэффициент теплопроводности стали (табл. ХХVΙΙΙ)

Тепловая проводимость загрязнения со стороны воды Вт/(м2К)

Суммарное термическое  сопротивление стенки и загрязнений 

  (м2К)/Вт

Коэффициент теплопередачи К считается, как для плоской стенки, поскольку отношению

> 0.5

 Вт/(м2К)

Требуемая площадь теплообмена 

1244562.1/75.35*818.3=20.18 м2

Имеем запас по площади

%

Толщина трубной решетки

 

 

7. Расчет кожухотрубчатого теплообменника (рекуператора/кипятильник)

 

 

Исходная смесь Кубовая жидкость

 

 

tн=180С, tк =44,70C, tср=31,350C

Сf = 2095 Дж/кг К

G=9000 кг/ч

 Вт/м К 

 μис см=0,00082  Па с

tн=300С, tк =800C, tср=550C

Сw =1801,1 Дж/кг К

G=5583 кг/ч

 Вт/м К

  μб-т=0,00082  Па с

Nu=125.6

Для нагрева в рекуператор  поступает 9000 кг/ч исходной смеси бензол-толуол от 180C до Х0C , нагревается кубовой жидкостью, поступающей из ректификационной колонны, с конценрацией 0,5%.

Тепловая нагрузка аппарата, Вт:

Q=GfСf(tx-18)= GwСw(t-tкн)

tx=44,70C

Примем трубы  теплообменника диаметром 25 2 мм. Задаемся критерием Рейнольдса для исходной смеси Re = 10000 (развитое турбулентное течение)  и определяем требуемое число труб :

Необходимое число труб 28

Определяем коэффициент  теплоотдачи для исходной смеси:

 Вт/(м2К)

Определяем коэффициент теплоотдачи для кубовой жидкости:

 Вт/(м2К)

Тепловая проводимость загрязнения со стороны исходной жидкости ( табл. ХХХΙ  [1])

 Вт/(м2К)

Термическое сопротивление  стальной стенки трубы

   м2К/Вт,

где - коэффициент теплопроводности стали (табл. ХХVΙΙΙ)

Тепловая проводимость загрязнения со стороны кубовой жидкости

  Вт/(м2К)

Суммарное термическое сопротивление стенки и загрязнений

  (м2К)/Вт

Коэффициент теплопередачи  К считается, как для плоской  стенки, поскольку соответствует соотношению

> 0.5

 Вт/(м2К)

Требуемая площадь теплообмена

1,4*105/227,2*31,45=19,6 м2

Имеем запас по площади

Fзап=1.2*F=1,2*19,6=23,5 м2

Двухходовой теплообменник  с площадью поверхности такого порядка (табл. ХХХΙV) :

Информация о работе Ректификационная установка для разделения смеси бензол-толуол