Проектирование ректификационной установки - Химия курсовая работа

Главная

Химия
Проектирование ректификационной установки

Определение числа тарелок, высоты и гидравлического сопротивления колонны. Проектирование ректификационной колонны для непрерывного разделения смеси бензол – уксусная кислота под атмосферным давлением. Подробный расчёт холодильника кубового остатка.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Санкт-Петербургский государственный технологический институт
Учебная дисциплина: Процессы и аппараты
Тема: Проектирование ректификационной установки
Спроектировать ректификационную установку для непрерывного разделения смеси бензол - уксусная кислота под атмосферным давлением
2. Производительность установки по дистилляту 3,6 т/час.
3. Концентрация легколетучего компонента в исходной смеси 30%масс.
4. Концентрация легколетучего компонента в дистилляте 72%масс.
5. Концентрация легколетучего компонента в кубовом остатке 2%масс.
6. Температура исходной смеси 100С.
7. Начальная температура охлаждающей воды 150С
8. Готовые продукты охлаждаются до 400С.
9. Давление греющего пара 2 атм (изб)
Подробный расчет ректификационной колонны и холодильника кубового остатка (режим течения теплоносителей - турбулентный). Куб-испаритель, дефлегматор, подогреватель и холодильник дистиллята рассчитать приближённо.
Сделать чертеж общего вида холодильника кубового остатка и эскиз технологической схемы установки.
Для проведения процессов ректификации применяются аппараты различных конструкций. Чаще всего используются аппараты двух типов: насадочные и тарельчатые ректификационные колонны. Кроме того для ректификации под вакуумом применяют пленочные и роторные колонны различных конструкций. Тарельчатые аппараты представляют собой, как правило, вертикальные колонны, внутри которых на определенном расстоянии друг от друга различные горизонтальные перегородки - тарелки. С помощью тарелок осуществляется многократное взаимодействие жидкости и пара. Тарельчатые аппараты по типу тарелок подразделяются на: ситчатые, колпачковые, клапанные, балластные и пластинчатые.
Насадочные колонны тоже получили широкое распространение в промышленности. Они представляют собой цилиндрические аппараты, заполненные инертными материалами в виде кусков определенного размера или насадочными телами, имеющими форму, например, колец, шаров для увеличения поверхности фазового контакта и интенсификации перемешивания жидкой и паровой фаз. Массо- и теплообмен в колоннах с насадкой характеризуются не только явлениями молекулярной диффузии, определяющимися физическими свойствами фаз, но и гидродинамическими условиями работы колонны, которые определяют турбулентность потоков. В зависимости от скорости потока в колонне возможны три гидродинамических режима: ламинарный, промежуточный и турбулентный,-- при которых поток пара является сплошным, непрерывным и заполняет свободный объем насадки, не занятый жидкостью, в то время как жидкость стекает лишь по поверхности насадки. Дальнейшее развитие турбулентного движения может привести к преодолению сил поверхностного натяжения и нарушению граничной поверхности между потоками жидкости и пара. При этом газовые вихри проникают в поток жидкости, происходит эмульгирование жидкости паром, и массообмен между фазами резко возрастает. В случае эмульгирования жидкость распределяется не по насадке, а заполняет весь ее свободный объем, не занятый паром; жидкость образует сплошную фазу, а газ -- дисперсную фазу, распределенную в жидкости, т. е. происходит инверсия фаз. Исследования показали, что переход от турбулентного режима к режиму эмульгирования (точка инверсии или точка начала эмульгирования) соответствует оптимальным условиям работы колонны и оптимальной скорости пара, при которой на насадке задерживается максимальное количество жидкости, брызг и пены, достигаются интенсивный массообмен и максимальная производительность при минимальной высоте насадки. Насадочную колонну следует рассчитывать, исходя из оптимальной скорости. При превышении оптимальной скорости начинается обращенное движение жидкости снизу вверх, происходит так называемое “захлебывание” колонны и нарушение режима ее работы. Ректификационные колонны снабжены теплообменными устройствами кипятильником (кубом) и дефлегматором.
Кипятильник или куб предназначен для превращения в пар части жидкости, стекающей из колонны, и подвода пара в ее нижнюю часть под нижнюю тарелку. Кипятильники представляют собой кожухотрубный теплообменник, встроенный в нижнюю часть колонны. Более удобны для ремонта и замены выносные кипятильники, которые устанавливают ниже колонны, с тем, чтобы обеспечивать естественную циркуляцию жидкости. Обогрев кипятильников наиболее часто производится водяным паром.
Дефлегматор, предназначенный для конденсации паров и подачи орошения (флегмы) в колонну, представляет собой кожухотрубный теплообменник, в межтрубном пространстве которого обычно конденсируются пары, а в трубах движется охлаждающий агент (вода). В случае полной конденсации паров в дефлегматоре его устанавливают выше колонны, непосредственно на колонне или ниже верха колонны: для того, чтобы уменьшить общую высоту установки.
Технологическая схема ректификационной установки
Исходная смесь из расходной емкости Е1 центробежным насосом подается в подогреватель П, где нагревается до температуры кипения и поступает на питающую тарелку ректификационной колонны КР. Стекая по тарелкам жидкость, попадает в кипятильник К. Из кипятильника пары жидкости поступают в нижнюю часть колонны и двигаются навстречу исходной смеси, барботируя через нее и обогащаясь низкокипящим компонентом. Выходя из колонны пары, попадают в дефлегматор Д и конденсируются. Дистиллят поступает разделитель Р, где разделяется на два потока: одна часть в качестве флегмы возвращается в колонну и стекает по тарелкам вниз, обогащаясь при этом высококипящим компонентом, а другая часть поступает в холодильник Х2 , охлаждается и попадает в приемную емкость Е3. По мере работы часть жидкости из куба отводится в холодильник Х1 и поступает в приемную емкость Е2 в качестве кубового остатка.
2.2 Расчёт ректификационной колонны
2.2.1 Материальный баланс колонны и рабочее флегмовое число
Производительность колонны по исходной смеси и кубовому остатку определим из уравнений материального баланса колонны:
Мольные доли бензола в дистилляте, исходной смеси и в кубовом остатке:
Расход кубового остатка и дистиллята:
Нагрузки ректификационной колонны по пару и жидкости определяются рабочим флегмовым числом R. Минимальное флегмовое число Rmin определяем по формуле:
и - мольные доли легколетучего компонента соответственно в исходной смеси и дистилляте; - концентрация легколетучего компонента в паре, находящемся в равновесии с исходной смесью
Относительный мольный расход питания:
а) верхней (укрепляющей) части колонны:
б) нижней (исчерпывающей) части колонны:
2.2.2 Расчёт средних физических величин для смеси
Средние мольные доли бензола по колонне:
Средние мольные массы жидкости в верхней и нижней части колонны:
Средние массовые доли бензола в нижней и в верхней части колонны:
Мольные массы исходной смеси и дистиллята:
Средние массовые расходы по жидкости для верхней и нижней частей колонны:
Средние мольные доли паров ацетона по колонне (определяется по уравнениям рабочих линий):
Средние мольные массы паров в верхней и нижней части колонны:
Средние массовые потоки пара в верхней и нижней части колонны:
Средние температуры пара и жидкости определяем по диаграмме t - x, y:
Плотность жидкой смеси в колонне, согласно [6, c.4]:
Вязкости жидких смесей находим по уравнению, [6, c.5]:
Поверхностное натяжение жидкой смеси, [6, c.10]:
Коэффициент диффузии в паровой фазе:
где T - средняя температура в соответствующей части колонны, К; и - мольные объемы компонентов в жидком состоянии при температуре кипения
Мольные объемы компонентов находим как сумму атомных объемов, согласно [5, c.8]:
Коэффициент диффузии для жидкости при 20°С:
где A=1; B=1,27 - коэффициенты, зависящие от свойств растворенного вещества и растворителя;
Вязкость смеси при температуре 20°С:
Коэффициент диффузии для жидкости при 20°С:
Коэффициент диффузии в жидкости при средней температуре:
Температурный коэффициент b определим по формуле:
где и принимают при температуре 20°С
2.2.3 Скорость пара и диаметр колонны
Зададимся скоростью параи рассчитаем диаметр колонны по соотношению:
По каталогу выбираем ситчатую тарелку диаметром 1000 мм 2-ого исполнения со следующими конструктивными характеристиками, согласно
Линейная плотность орошения жидкости:
Скорость пара в свободном сечении колонны:
Для ректификационных колонн с ситчатыми тарелками максимальная скорость пара определяется по следующему соотношению:
где h - расстояние между тарелками в колонне, q - удельный расход жидкости, =1,2,
=1,22 - коэффициенты для ситчатых тарелок.
т.к. , то принимаем для формулы значение удельного расхода жидкости равным 0,00278м/с2
Проверка оптимальности скорости пара:
Скорость пара в рабочем сечении тарелки:
Максимальная скорость пара, отнесённая к тарелке:
где В - комплекс, определяемый по соотношению комплекса
- значение комплекса В=0,071 при h=0,4м, согласно [3, c.30]
- значение комплекса В=0,073 при h=0,4м, согласно [3, c.30]
2.2.4 Гидравлический расчёт тарелок
2.2.4.1 Скорости пара в отверстиях тарелки и брызгоунос
Максимально допустимая скорость пара в свободном сечении тарелки это критическая скорость перехода пузырькового (пенного) режима в струйный (инжекционный). В струйном режиме эффективность работы ситчатых тарелок уменьшается, кроме того, для струйного режима отсутствуют определения для определения коэффициентов массоотдачи для процесса ректификации.
Максимальную скорость пара в отверстиях тарелки принимают равной 20м/c.
При скоростях пара меньших происходит существенный провал жидкости через отверстия тарелки.
Для ситчатых тарелок должно сходиться условие:
где - максимальная скорость пара в свободном сечении тарелки,
- минимальная скорость пара в свободном сечении тарелки,
=1,6 - коэффициент сопротивления сухой тарелки,
- высота барботажного слоя на тарелке,
- паросодержание барботажного слоя,
- поверхностное натяжение воды при 20°С.
Высота светлого слоя жидкости на тарелке:
Скорость пара в отверстиях тарелки:
Минимальная скорость пара в отверстиях:
Как видно, скорости газа в отверстиях выше минимальных, следовательно, тарелки будут работать всеми отверстиями.
Высота сепарационного пространства:
Как видно, оба параметра удовлетворяют условию
2.2.4.2 Скорость жидкости в переливе
- скорость жидкости в переливном устройстве тарелки;
- максимальная скорость жидкости в переливном устройстве тарелки;
h - расстояние между тарелками (0,3м);
k2=0,9 - коэффициент вспениваемости жидкости.
- условие нормальной работы переливного устройства, в противном же случае избыток жидкости может привести к захлёбыванию колонны.
Фактическая скорость жидкости в переливном устройстве:
Максимальная скорость жидкости в переливе:
Условие нормальной работы переливного устройства выполняется.
2.2.4.3 Гидравлическое сопротивление тарелок колонны
Рассчитаем гидравлическое сопротивление тарелок в верхней и в нижней части колонны по уравнению, согласно [3, с.13]:
- гидравлическое сопротивление сухой тарелки, =1,6-коэффициент сопротивления сухой тарелки;
- сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения;
- сопротивление парожидкостного слоя;
2.2.5 Коэффициенты массопередачи и эффективность тарелки
Расчёт диффузионного критерия Пекле для паровой смеси, согласно:
Расчёт диффузионного критерия Пекле для жидкой фазы, согласно:
Общие числа переноса в верхней и нижней части колонны, согласно
По диаграмме «Равновесное состояние жидкости и пара» определяем коэффициенты распределения нижней и верхней частей колонны:
- тангенс угла наклона касательной к равновесной линии в верхней части колонны при среднем мольном составе по легколетучему компоненту;
- тангенс угла наклона касательной к равновесной линии в нижней части колонны при среднем мольном составе по легколетучему компоненту;
- тангенс угла наклона верхней рабочей линии;
- тангенс угла наклона нижней рабочей линии.
2.2.6 Определение числа тарелок, высоты и гидравлического сопротивления колонны
Число тарелок определяем с помощью ЭВМ:
Высоту тарельчатой ректификационной колонны определяем по формуле:
где - расстояние между тарелками, ; , - расстояние соответственно между верхней тарелкой и крышкой колонны и между днищем колонны и нижней тарелкой, .
Гидравлические сопротивление колонны.
2.2.7 Тепловой баланс ректификационной колонны
Тепловой баланс ректификационной колонны выражается общим уравнением, согласно [1, с.321]:
где QK - тепловая нагрузка куба; QD - количество теплоты, передаваемой от пара к воде; Qпот - тепловые потери (5%); - теплоёмкости соответствующие дистилляту, кубовому остатку и исходной смеси; - температуры соответствующие дистилляту, кубовому остатку и исходной смеси (находим из диаграммы «Зависимость температуры от равновесных составов пара и жидкости»):
Найдем удельную теплоту конденсации паров дистиллята, [6, с.15]:
Определим тепловую нагрузку дефлегматора:
Теплоёмкости дистиллята, исходной смеси и кубового остатка при их температурах кипения, согласно [1, с.562]:
2.3 Приближённый расчёт теплообменной аппаратуры
Дан пар 1,5 атм (изб), выразим давление в единицы измерения:
Методом интерполяции найдём температуру и теплоту конденсации греющего пара, согласно [1, с.550]:
Q=619300 Вт - тепловой баланс куба - испарителя
tг.п.=133,89°С - температура конденсации водяного пара
tW=116,5°С - температура кипения кубового остатка
Определим поверхность теплообмена по формуле (для куба-испарителя коэффициент теплопередачи КК=1000Вт/(м2.К)):
По ориентировочной поверхности теплообмена выбираем вертикальный одноходовой теплообменник с внутренним диаметром кожуха D=400 мм, числом труб n=181 (20?2 мм), с поверхностью теплообмена F=46 м2 и длиной труб l=4 м., согласно [2, с.51]
tD=84,48 °С - начальная температура дистиллята
tкон=40 °С - конечная температура дистиллята
tвнач=15 °С - начальная температура воды
tвкон=25 °С - конечная температура воды
Определим среднюю движущую силу процесса:
Средняя температура и теплоёмкость воды:
Определим теплоемкость дистиллята при средней температуре:
Тепловой баланс холодильника дистиллята:
Коэффициент теплопередачи в холодильнике КХД=500Вт/(м2.К)
Характеристика выбранного теплообменника, согласно [7]:
Площадь теплообмена по одной трубе - 0,89 м2
tD=84,48 °С - температура конденсации паров
tвнач=15 °С - начальная температура воды
tвкон=25°С - конечная температура воды
Определим среднюю движущую силу процесса:
Ориентировочная поверхность теплообмена (Кор=600Вт/(м2.К):
По ориентировочной поверхности теплообмена выбираем горизонтальный двухходовой теплообменник с внутренним диаметром кожуха D=325 мм, числом труб n=90 (20?2 мм), с поверхностью теплообмена F=17 м2 и длиной труб l=3м., согласно [2, с.51]
tг.п.=133,89 °С - температура конденсации водяного пара
tнач=10 °С - начальная температура исходной смеси
tF=96,33 °С - конечная температура исходной смеси
Определим среднюю движущую силу процесса:
Средняя температура исходной смеси:
Определим теплоемкость исходной смеси:
Тепловой баланс подогревателя исходной смеси:
Ориентировочная площадь теплообмена подогревателя:
По ориентировочной поверхности теплообмена выбираем горизонтальный одноходовой теплообменник с внутренним диаметром кожуха D=325 мм, числом труб n=56 (25?2 мм), с поверхностью теплообмена F=13 м2 и длиной труб l=3 м., согласно [2, с.51]
2.4 Подробный расчёт холодильника кубового остатка
tw=116,5 С - начальная температура кубового остатка
tкон=40 С - конечная температура кубового остатка
tвнач=15 С - начальная температура воды
tвкон=25 С - конечная температура воды
Определим среднюю движущую силу процесса:
Средняя температура, теплоёмкость, вязкость, плотность и теплопроводность воды:
Средняя температура кубового остатка:
Определим теплоемкость, вязкость, плотность и теплопроводность кубового остатка при средней температуре:
Тепловой баланс холодильника кубового остатка:
Коэффициент теплопередачи в холодильнике Кор=400Вт/(м2.К)
Рассмотрим теплообменник «труба в трубе» со следующими характеристиками:
Кубовый остаток подаётся во внутреннюю трубу теплообменника, вода - в кольцевое пространство теплообменника.
Определим площадь трубного сечения в теплообменнике:
Скорость течения кубового остатка во внутренней трубе теплообменника:
Критерий Рейнольдса для кубового остатка:
Определим площадь кольцевого сечения в теплообменнике:
Скорость течения воды в кольцевом пространстве теплообменника:
Термическое сопротивление стенок труб:
В качестве хладагента используем воду среднего качества со средним значением тепловой проводимости загрязнений стенок , а тепловая проводимость загрязнений стенок со стороны кубового остатка , согласно [2, с.48]. В качестве материала труб выберем легированную сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72 с коэффициентом теплопроводности. Толщина стенки трубы?=0,005м.
Так как критерий Рейнольдса для кубового остатка больше 10000, то критерий Нуссельта будет выражаться по следующей формуле:
Критерий Прандтля для кубового остатка при его средней температуре:
Примем температуру горячей стенки tст1=48,8°С:
Критерий Прандтля для кубового остатка при tст1=48,8°С:
Коэффициент теплоотдачи со стороны кубового остатка:
Тепловой поток со стороны кубового остатка:
Так как критерий Рейнольдса для воды больше 10000, то критерий Нуссельта будет выражаться по следующей формуле:
Критерий Прандтля для воды при 20°С:
Определим температуру холодной стенки, принимая, что q1=qст:
Критерий Прандтля для воды при температуре холодной стенки:
Коэффициент теплоотдачи от стенки к воде:
Сопоставим q1 и q2, разность выразим в процентах:
- выбранная температура стенки подходит.
Расчётная площадь поверхности теплопередачи:
Определим требуемое количество труб с учётом 15% запаса, принимая, что длина трубы L=6 м, площадь теплообмена FТ=1,06 м2:
Характеристика выбранного теплообменника, согласно [7]:
Площадь теплообмена по одной трубе - 1,06 м2
Общий расход греющего пара по колонне:
В ходе работы были рассчитаны колонна и 5 теплообменников.
Площадь теплообмена по одной трубе - 0,89 м2
Площадь теплообмена по одной трубе - 1,06 м2
Общий расход греющего пара по колонне
уксусный кислота холодильник тарелка
1. Павлов К.Ф., Романков П.Т., Носков А.А. “Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. -Л.: Химия,1987.
2. “Основные процессы и аппараты химической технологии”. Пособие по проектированию под ред. Ю.И. Дытнерского. - М.: Химия,1987.
3. А.И. Волжинский, А.В. Марков. « Ректификация: колонные аппараты с ситчатыми тарелками» Учебное пособие.
4. Волжинский А. И., Константинов В.А. Ректификация. Справочные данные по равновесию пар - жидкость: Метод. указания. - СПБ., СПбГТИ (ТУ), 2002. 20 с
5. Волжинский А. И., Флисюк О. М. Определение средних физических величин потоков пара и жидкости: Метод. указания. - СПБ., СПбГТИ (ТУ), 2002. - 8 с
6. Волжинский А. И., Флисюк О. М. Ректификация: справочные данные по физико-химическим величинам: Метод. указания. - СПБ., СПбГТИ (ТУ), 2002. - 18 с
7. Марков А.В., Маркова А.В. Неразборные теплообменники «труба в трубе» (конструкция и основные размеры): Метод. указания. - СПб., СПбГТИ (ТУ), 2001. - 30с.
Разработка ректификационной установки для непрерывного разделения смеси: ацетон - уксусная кислота. Расчет диаметра, высоты, гидравлического сопротивления ректификационной колонны. Определение теплового баланса и расхода греющего пара, охлаждающей воды. курсовая работа [1,3 M], добавлен 24.10.2011
Общая характеристика установки ректификационной тарельчатой колонны с колпачковыми тарелками для разделения смеси бензол-толуол под атмосферным давлением. Технологический расчет данной ректификационной установки. Подробный расчёт теплообменников. курсовая работа [1,0 M], добавлен 20.08.2011
Общее описание процесса ректификации. Разработка ректификационной колонны для разделения смеси хлороформ-бензол. Технологический, гидравлический и тепловой расчет аппарата. Определение числа тарелок и высоты колонны, скорости пара и диаметра колонны. курсовая работа [677,8 K], добавлен 30.10.2011
Непрерывно действующие ректификационные установки для разделения бинарных смесей. Определение средних физических величин пара и жидкости. Высота газожидкостного слоя. Скорость пара в свободном сечении тарелки. Расчет гидравлического сопротивления колонны. курсовая работа [243,7 K], добавлен 24.10.2011
Основы процесса ректификации и расчета ректификационных колонн. Схема работы и виды колпачковых тарелок. Принципиальная схема процесса ректификации. Тепловой расчёт установки. Расчет тарельчатой ректификационной колонны. Подробный расчет дефлегматора. курсовая работа [3,1 M], добавлен 20.08.2011
Схема ректификационной установки непрерывного действия. Перевод весовых концентраций в мольные. Проверка баланса. Определение числа теоретических тарелок в укрепляющей и отгонной колоннах. Определение числа действительных тарелок, диаметра колонны. курсовая работа [33,0 K], добавлен 04.01.2009
Описание технологической схемы установки для разделения бензола и уксусной кислоты. Материальный баланс колонны. Рабочее флегмовое число. Скорость пара, тепловой баланс. Приближённый расчёт теплообменной аппаратуры. Дефлегматор и холодильник дистиллята. курсовая работа [371,0 K], добавлен 22.04.2012
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Проектирование ректификационной установки курсовая работа. Химия.
Реферат: Пиодермии. Скачать бесплатно и без регистрации
Критерии Здорового Образа Жизни Реферат
Дипломная работа по теме Кризис на Украине и особенности его освещения ведущими СМИ России и Украины (2022-2022 гг.)
Курсовая работа по теме Социальные сети как социальное пространство для дружбы
Курсовая работа по теме Проектирование гибкой автоматизированной линии гидроабразивной обработки
Курсовая работа по теме Областной центр занятости (подразделения в 5 городах области)
Реферат: Спецкурс «Готовность детей к обучению в школе»
Реферат: Теория аргументации
Реферат: Генетический уровень биологических структур. Скачать бесплатно и без регистрации
Сортировка Выбором Курсовая
Реферат На Тему Социальные Лифты
Историческое Сочинение Сборник
Практическое задание по теме How 'DNA' testing works Анализ 'ДНК' как проверяющие работы)
Курсовая работа по теме Строительство автомобильных дорог в Белогорском районе
Курсовая работа по теме Автоматизация учета малоценных и быстро изнашивающихся предметов на примере завода по производству хлеба
Характеристика Профессиональной Деятельности Обучающегося Во Время Практики
Доклад по теме Алеппо
Реферат На Тему Анестезия У Больных Ишемической Болезнью Сердца
Реферат: Товарное производство: сущность, формы, противоречия
Курсовая работа: Природные ресурсы экономические и предохранные аспекты
Формирование культа Диониса: микенская и архаическая эпохи - Религия и мифология курсовая работа
Проектирование глобальной сети компании ООО "Нефрит" - Программирование, компьютеры и кибернетика курсовая работа
Введение понятия "алгоритмизация" с помощью учебных исполнителей - Программирование, компьютеры и кибернетика презентация