Расчет ректификационной установки для непрерывного разделения смеси бензол-толуол при атмосферном давлении
Периодическая ректификация бинарных смесей. Непрерывно действующие ректификационные установки для разделения бинарных смесей. Расчет холодильника кубового остатка, высоты газожидкостного слоя жидкости. Определение скорости пара и диаметра колонны.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 20.08.2011 |
| Размер файла | 8,3 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Санкт-Петербургский Государственный Технологический институт
Кафедра процессов и аппаратов
Курсовой проект
“ Расчет ректификационной установки для непрерывного разделения смеси бензол - толуол при атмосферном давлении ”
Выполнила: Зуева Анастасия
Проверила: Банных О.П.
Санкт-Петербург
2011
Содержание
Введение
1. Аналитический обзор
1.1 Периодическая ректификация бинарных смесей
1.2 Непрерывно действующие ректификационные установки для разделения бинарных смесей
2. Расчетная часть
2.1 Материальный баланс
2.2 Гидравлический расчёт
2.2.1 Определение скорости пара и диаметра колонны
2.2.2 Определение диаметра колонны
2.2.3 Расчёт высоты газожидкостного (барботажного) слоя жидкости
2.2.4 Расчёт высоты светлого слоя жидкости
2.2.5 Расчёт гидравлического сопротивления тарелки
2.2.6 Расчёт брызгоуноса
2.3 Расчет высоты колонны
2.3.1 Определение коэффициентов массоотдачи
2.3.2 Определение количества тарелок
2.3.3 Расчёт высоты
2.3.4 Расчёт гидравлического сопротивления колонны
2.4 Тепловой расчет установки
2.4.1 Тепловой баланс
2.4.2 Подробный расчет холодильника кубового остатка
2.4.3 Приближенный расчет теплообменников
Выводы
Список литературы
Введение
В данной курсовой работе рассматривается процесс ректификации, осуществляющийся непрерывно при атмосферном давлении. Ректификация представляет собой процесс многократного частичного испарения жидкости и конденсации паров. Процесс осуществляется путем контакта потоков пара и жидкости, имеющих различную температуру кипения и проводится обычно в колонных аппаратах. При каждом контакте из жидкости испаряется преимущественно низко кипящий компонент, а из паров конденсируется высоко кипящий компонент, переходящий в жидкость.
Такой двусторонний обмен компонентами повторяемый многократно, позволяет по лучить в конечном итоге пары представляющие собой почти чистый НК. Эти пары после конденсации в отдельном аппарате дают дистиллят и флегмужидкость, возвращаемую для орошения колоны и взаимодействия с поднимающимися парами. Пары получают путем частичного испарения снизу колоны остатка, являющегося почти чистым ВК.
Ректификация известна с начала 19 века как один из важнейших технологических процессов главным образом спиртовой и нефтяной промышленности. В настоящее время ее все шире применяют в самых различных областях химической технологии, где выделение компонентов в чистом виде имеет весьма важное значение (производство полимеров, полупроводников и различных других веществ высокой чистоты).
1.Аналитический обзор
Процессы ректификации осуществляются периодически или непрерывно при различных давлениях: атмосферном, под вакуумом (для разделения смесей высококипящих веществ), а так же под давлением больше атмосферного (для разделения смесей, являющихся газообразными при нормальных температурах).
1.1 Периодическая ректификация бинарных смесей
Процессы периодической ректификации могут проводиться при постоянном флегмовом числе (R=const), и при постоянном составе дистиллята.
При периодической ректификации содержание НК в смеси, кипящей в кубе, уменьшается во времени. Поэтому при возврате постоянного количества флегмы в колонну, т.е. в случае работы при R=const, дистиллят так же постепенно соединяется с НК. В результате дистиллят получают в виде различных по составу фракций, отбираемых в отдельные сборники. Проведение процесса получением дистиллята постоянного состава возможно, путем постепенного увеличения во времени количества возвращаемой в колонну флегмы или при работе с постепенно возрастающим флегмовым числом R.
Осуществление процесса таким способом связано с автоматическим регулированием количества флегмы, возвращаемой в колонну, или количества пара, поступающего из кипятильника, что усложняет установку.
Периодически действующие колонны работают как колонны для укрепления паров. Поэтому зависимость между рабочими концентрациями фаз определяется для всей колонны одной рабочей линией, соответствующей уравнению:
Роль исчерпывающей части колонны выполняет куб. В процессе периодической ректификации при R=const концентрация НК в кубе постепенно уменьшается от Х (в начальный момент) до Х (в конечный момент), принимая во времени промежуточные значения. При R=const наклон рабочей линии, равной , не зависит от концентрации и поэтому рабочая линия смещается параллельно своему первоначальному положению.
Однако при всех положениях рабочих линий число единиц переноса в колонне остается неизменным. В связи с этим изменяется состав дистиллята; концентрация НК в нем снижается, принимая последовательно значения (при составе в кубе), , и т.д. вплоть до конечного значения соответствующее данному составу остатка .
В процессе периодической ректификации при =const для сохранения постоянного состава дистиллята необходимо постепенно увеличивать флегмовое число. Возрастание его соответствует увеличению наклона рабочей линии. С увеличением R отрезок, отсекаемый рабочей линией на оси ординат и равный , при =const уменьшается.
1.2 Непрерывно действующие ректификационные установки для разделения бинарных смесей
Ректификационная колонна имеет цилиндрический корпус, внутри которого установлены контактные устройства в виде тарелок или насадки. Снизу вверх по колонне движутся пары, поступающие в нижнюю часть аппарата из кипятильника, который находится внизу колонны (встроен в куб). С помощью него создается восходящий поток пара. Пары проходят через слой жидкости на нижней тарелке, которую считаем первой, введя условно нумерацию снизу вверх.
Пусть жидкость на первой тарелке равна по низкокипящему компоненту, а ее температура . В результате взаимодействия между жидкостью и паром, имеющим более высокую температуру, жидкость частично испаряется, причем в пар переходит преимущественно НК. Поэтому на следующую тарелку поступает пар с содержанием НК
.
Испарение жидкости на тарелке происходит за счет тепла конденсации пара. Из пара конденсируется и переходит в жидкость преимущественно ВК, содержание которого в поступающем на тарелку паре выше равновесного с составом жидкости на тарелке. При равенстве теплот испарения компонентов бинарной смеси, для испарения 1моль НК необходимо сконденсировать 1 моль ВК, т.е. фазы на тарелке обмениваются эквимолекулярными количествами компонентов.
На второй тарелке жидкость имеет состав , содержит больше НК, чем на первой, и соответственно кипит при более низкой температуре. Соприкасаясь с ней, пар состава частично конденсируется, обогащается НК и удаляется на выше лежащую тарелку, имея состав и.т.д.
Таким образом, пар представляющий собой на выходе из кипятильника почти чистый ВК, по мере движения вверх все более обогащается НК и покидает верхнюю тарелку колонны в виде почти чистого НК, который практически полностью переходит в паровую фазу на пути пара от кипятильника до верха колонны.
Пары конденсируются в дефлегматоре, охлаждаясь водой, и получаемая жидкость разделяется в делителе на дистиллят и флегму, которая направляется на верхнюю тарелку колонны.
Жидкость, поступающая на орошение колонны (флегма) представляет собой почти чистый НК. Однако, стекая по колонне и взаимодействуя с паром, жидкость все более обогащается ВК и поступает в кипятильник, обогреваемый глухим паром или другим теплоносителем. На некотором расстоянии от верха колонны к жидкости из дефлегматора присоединяется исходная смесь, которая поступает на питающую тарелку. Для того чтобы уменьшить тепловую нагрузку кипятильника, исходную смесь так же нагревают в подогревателе до температуры кипения жидкости.
Питающая тарелка как бы делит колонну на две части, имеющие различное назначение.
В верхней части (от питающей до верха) должно быть обеспечено, возможно большее укрепление паров, т.е. обогащение их НК с тем, чтобы в дефлегматор направлялись пары, близкие по составу к чистому НК. Поэтому данная часть колонны называется укрепляющей. В нижней части (от питающей до нижней тарелки) необходимо в максимальной степени удалить из жидкости НК т.е. исчерпать жидкость, для того, чтобы в кипятильник стекала жидкость, близкая по составу к чистому ВК. Соответственно эта часть колонны называется исчерпывающей. Жидкость, выходящая из низа колонны (близкая по составу ВК) также делится на две части. Одна часть направляется в кипятильник, а другая - остаток после охлаждения водой в холодильнике направляется в сборник.
2. Расчетная часть
2.1 Материальный баланс
Обозначим массовый расход по кубовому остатку кг/с, по дистилляту кг/с, питания кг/с.
из уравнений материального баланса:
где:
находим: ,
Для дальнейших расчетов выразим концентрации питания, дистиллята и кубового остатка в массовых долях:
Относительный мольный расход питания: . Кривая равновесия точек перегиба не имеет. Определяем минимальное число флегмы по уравнению:
,
где - мольную долю воды в паре, равновесном с жидкостью питания определяем по диаграмме . Рабочее число флегмы определяем по уравнению:
Уравнения рабочих линий:
а) верхней части колонны
,
в) нижней части колонны
График нижней и верхней рабочих линий, а так же равновесной кривой находится в Приложение I.
2.2 Гидравлический расчёт
2.2.1 Определение скорости пара и диаметра колонны
Средние концентрации жидкости в верхней части колонны:
Средние концентрации жидкости в нижней части колонны:
Средние концентрации пара в колонне находим по уравнениям рабочих линий:
Средние температуры определяем по диаграмме t-x,y :
При ; при
При ; при
Средние мольные массы и плотности пара.
а) вверху колонны:
б) внизу колонны:
Плотность пара:
а) вверху колонны:
б) внизу колонны:
Средние мольные массы и плотности жидкости:
а) вверху колонны:
б) внизу колонны:
плотности легколетучего и труднолетучего:
при , при
Определим массовый расход пара и жидкости, проходящих через колонну [1]:
а) Для верхней части колонны:
б) Для нижней части колонны:
Определим вязкости для пара и жидкости в верхней и нижней частях колонны:
а) Для верхней части колонны:
При
б) Для нижней части колонны:
При
Определим скорость пара по уравнению:
,
где -предельная скорость пара, ; -эквивалентный диаметр щели (для ), м; -относительное свободное сечение тарелки; -динамический коэффициент вязкости жидкости, ; - динамический коэффициент вязкости воды при , ; -коэффициент, равный для нижнего и 10 для верхнего пределов работы тарелки.
Для предварительного расчёта величины зададимся и соответственно (для верхней нижней частей колонны):
а) Для верхней части колонны:
б) Для нижней части колонны:
Рабочую скорость пара определим по соотношению [4]:
а) Для верхней части колонны:
б) Для нижней части колонны:
2.2.2 Определение диаметра колонны
Диаметр колонны найдем из уравнения:
,
где -объёмный расход пара, ;
Объёмный расход пара найдём по соотношению:
,
где -массовый расход пара, ; -плотность пара в соответствующей части
колонны, .
Для верхней части колонны
а) Для верхней части колонны:
б) Для нижней части колонны:
Примем диаметр колонны . Тогда скорость пара в колонне будет:
а) Для верхней части колонны:
б) Для нижней части колонны:
Выберем размеры тарелки:
размер щели
Уточним коэффициент с учётом найденной рабочей скорости пара по соотношению:
,
где -предварительно принятое значение коэффициента () при соответствующих значениях предельной скорости пара и свободного сечения тарелки (); -скорость пара для выбранной стандартной колонны, ; -относительное свободное сечение тарелки для выбранной стандартной колонны().
Для выбранной стандартной колонны должно быть выполнено условие .
а) Для верхней части колонны:
б) Для нижней части колонны:
Указанное выше условие выполняется.
2.2.3 Расчёт высоты газожидкостного (барботажного) слоя жидкости
Высоту газожидкостного (барботажного) слоя находим по следующим формулам:
,
где -критерий Фруда (оптимальный); -скорость пара в свободном сечении (щелях) тарелки, ; - высота газожидкостного (барботажного) слоя, .
Коэффициент определяется по соотношению:
,
где - плотность орошения, ; -динамический коэффициент вязкости жидкости, ; -поверхностное натяжение, .
Определим поверхностное натяжение для жидкости в верхней и нижней частях колонны при соответствующих температурах:
а) Для верхней части колонны:
б) Для нижней части колонны:
Поверхностное натяжение смеси жидкостей найдём по соотношению см. [5]:
а) Для верхней части колонны:
б) Для нижней части колонны:
Плотность орошения (приведённая скорость жидкости) рассчитывается по формуле см. [4]:
,
где -расход жидкости, ; -площадь поперечного сечения колонны, .
а) Для верхней части колонны:
б) Для нижней части колонны:
2.2.4 Расчёт высоты светлого слоя жидкости
Высоту светлого слоя жидкости определим по формуле см. [4]:
,
где -величина газосодержания.
а) Для верхней части колонны:
б) Для нижней части колонны:
2.2.5 Расчёт гидравлического сопротивления тарелки
Гидравлическое сопротивление тарелки определим по уравнению:
,
где -гидравлическое сопротивление тарелки, ; -коэффициент гидравлического сопротивления сухой тарелки; -безразмерный коэффициент; -доля площади отверстий, занятая стекающей жидкостью; -поверхностное натяжение, ; -эквивалентный диаметр щели (удвоенная величина ширины щели), .
,
где -коэффициент истечения жидкости.
а) Для верхней части колонны:
б) Для нижней части колонны:
.
2.2.6 Расчёт брызгоуноса
Брызгоунос рассчитывается по формуле:
,
где -высота сепарационного пространства, ;-рабочая скорость пара, ; -поправочный коэффициент.
Высота сепарационного пространства определяется по соотношению:
,
где -расстояние между тарелками, ; -высота светлого слоя жидкости, .
Поправочный коэффициент определяется по соотношению:
,
где -поверхностное натяжение, .
Для расчёта примем расстояние между тарелками .
а) Для верхней части колонны:
б) Для нижней части колонны:
Величина следовательно, расстояние между тарелками и диаметр колонны выбраны правильно.
2.3 Расчет высоты колонны
2.3.1 Определение коэффициентов массоотдачи
Для определения коэффициентов диффузии в жидкости при воспользуемся формулой:
,
где -динамический коэффициент вязкости жидкости, ; и -мольные массы исходных веществ, ; и -мольные объёмы растворённого вещества и растворителя, ; и -коэффициенты, зависящие от свойств растворённого вещества и растворителя.
Для бензола:
Для толуола:
Вязкость жидкости найдём, зная её состав по теплофизическим свойствам:
Коэффициент диффузии при заданной температуре определим по формуле:
,
где -коэффициент диффузии бинарной смеси при , .
Коэффициент может быть определён по эмпирической формуле:
,
где - динамический коэффициент вязкости жидкости, ; -плотность жидкости при , .
а) Для верхней части колонны:
б) Для нижней части колонны:
Коэффициент диффузии для пара рассчитывают по приближённой формуле:
,
где -средняя температура пара, ; -среднее давление в колонне, .
а) Для верхней части колонны:
б) Для нижней части колонны:
Коэффициенты массоотдачи для паровой фазы будем находить из соотношения:
,
где -диффузионный критерий Нуссельта; -коэффициент массоотдачи, ; -коэффициент диффузии, ; -высота светлого слоя жидкости, .
Используя критериальное уравнение:
,
где -диффузионный критерий Рейнольдса; - диффузионный критерий Прандтля; - диффузионный критерий Вебера.
Здесь -плотность жидкости, ; -поверхностное натяжение, ; -плотность пара, ; -коэффициент диффузии паровой фазы, ; -динамический коэффициент вязкости пара, ; -скорость пара в щелях тарелки, .
Вязкость пара определим по формуле:
,
где -концентрация в паре легколетучего компонента, мольная доля; -мольные массы компонентов смеси и пара, ;-динамические коэффициенты вязкости компонентов смеси и пара, .
Динамические коэффициенты вязкости компонентов смеси паров найдём по известным температурам и теплофизическим свойствам веществ:
а) Для верхней части колонны:
б) Для нижней части колонны:
Коэффициенты массопередачи:
а) Для верхней части колонны:
б) Для нижней части колонны:
Для нахождения коэффициентов массоотдачи в жидкой фазе воспользуемся уравнением:
,
где -диффузионный критерий Пекле; -высота газожидкостного (барботажного) слоя, ; -коэффициент диффузии для жидкой фазы, ; -приведённая плотность орошения, .
а) Для верхней части колонны:
б) Для нижней части колонны:
2.3.2 Определение количества тарелок
По известным коэффициентам массоотдачи найдём частные числа единиц переноса:
а) Для верхней части колонны:
б) Для нижней части колонны:
Найдём общее число единиц переноса по формуле:
,
где и -число единиц переноса по паровой и жидким фазам на тарелке; и -тангенсы угла наклона соответственно равновесной и рабочей линий.
Тангенсы угла наклона рабочих линий найдём, продифференцировав их по аргументу, получим:
а) Для верхней части колонны:
б) Для нижней части колонны:
Тангенсы угла наклона равновесной линии найдём с помощью ПК см. Прил. II:
а) Для верхней части колонны:
б) Для нижней части колонны:
Тогда число общих единиц переноса равно:
а) Для верхней части колонны:
б) Для нижней части колонны:
Определим локальную эффективность тарелки по формуле:
а) Для верхней части колонны:
б) Для нижней части колонны:
Для построения кинетической кривой воспользуемся вычислительной средой MathCAD и определим количество реальных тарелок.
а) Для верхней части колонны:
б) Для нижней части колонны:
2.3.3 Расчёт высоты
Общая высота колонны включает высоту её тарельчатой части и определяется по формуле:
,
где - высота тарельчатой части колонны, ; и -расстояние между верхней тарелкой и крышкой колонны и между днищем колонны и нижней тарелкой, .
Расстояния и для колонн диаметром равны:
и . Высота колонны получается равной:
2.3.4 Расчёт гидравлического сопротивления колонны
Гидравлическое сопротивление колонны равно:
2.4 Тепловой расчет установки
2.4.1 Тепловой баланс
Количество теплоты, выделяющееся при конденсации паров дистиллята, находим по уравнению:
,
где -удельная теплота испарения дистиллята, ; -флегмовое число; -массовый расход дистиллята.
Удельную теплоту испарения найдём по формуле:
Зная мольный состав дистиллята, исходной смеси и кубового остатка, по диаграмме найдём их температуры кипения:
Зная мольный состав и температуру кипения дистиллята, найдём удельную теплоту испарения:
Количество теплоты, отдаваемое дистиллятом при охлаждении, находим по формуле:
,
где -температура кипения дистиллята; -теплоёмкость дистиллята при температуре кипения.
Количество теплоты, получаемое исходной смесью, в паровом подогревателе найдём по формуле:
Количество теплоты, отдаваемое кубовым остатком в водяном холодильнике, найдём по формуле:
Найдём количество тепла, которое необходимо подвести в куб-испаритель по формуле:
Найдём расход пара в куб-испаритель.
По известному абсолютному давлению греющего пара () найдём его теплоту конденсации:
Массовый расход пара равен:
2.4.2 Подробный расчет холодильника кубового остатка
Температурная схема:
,
ректификация бинарный смесь жидкость
Тогда . По известному составу и средней температуре найдём необходимые параметры теплоносителя и хладагента:
а) Удельная теплоемкость кубового остатка:
б) Количество теплоты:
в) Теплоемкость воды:
г) Расход воды:
Для определения ориентировочной площади теплообмена примем коэффициент теплопередачи
Определим ориентировочно площадь теплообмена:
Для обеспечения интенсивного теплообмена попытаемся подобрать аппарат с турбулентным или переходным режимом течения теплоносителей. Возьмём теплообменный аппарат типа “труба в трубе” по ГОСТ (9830-79) с диаметром кожуховой трубы и теплообменной кубовый остаток направим в кожуховую трубу, а охлаждающую воду в теплообменную трубу.
Зададимся критерием Рейнольдса для кубового остатка : Re2=10000
Эквивалентный диаметр кольцевого сечения: dэкв=0.011
Вязкость кубового остатка при его средней температуре :
Плотность кубового остатка при его средней температуре:
Найдем скорость кубового остатка:
Найдем площадь поперечного сечения:
Найдем по каталогу стандартную площадь:
Найдем по стандартной площади скорость и число Рейнольдса:
В теплообменной трубе хладагент- вода.
Зададимся критерием Рейнольдса для воды : Re1=10000
Эквивалентный диаметр кольцевого сечения: dэкв=0.03 м
Вязкость(Пас) воды при ее средней температуре :
Плотность(кг/м3) воды при ее средней температуре:
Найдем скорость воды:
Найдем площадь поперечного сечения:
Найдем по каталогу стандартную площадь:
Найдем по стандартной площади скорость и число Рейнольдса:
Температуры стенки со сторон холодного и горячего теплоносителей будем искать с помощью метода итераций. Суть метода заключается в нахождении удельного потока теплоты со стороны хладагента и теплоносителя как функций от температуры одной из стенок теплообменника и решения уравнения графическим методом или с помощью ПК относительно температуры стенки.
Сначала рассмотрим холодный теплоноситель - воду. Найдем для нее теплофизические свойства и при ее средней температуре:
Теплопроводность:
Теплоемкость (Дж/кгК):
Вязкость (Пас):
=7.482*10-4
Плотность (кг/м3):
Определим критерий Прандтля для кубового остатка по формуле:
.
Зададимся температурой стенки со стороны хладагента tстхол=37,115
Найдем теплофизические параметры и критерий Прандтля при температуре стенки хладагента:
Теплопроводность:
Теплоемкость (Дж/кгК):
Вязкость (Пас):
=6,899 10-4
Представим критерий Прандтля при температуре стенки как функцию от этой температуры, это позволяют сделать функциональные зависимости теплофизических свойств компонентов смеси от температуры:
Так как режим течения жидкости турбулентный, то критерий Нуссельта для водыбудем находить по формуле:
Выразим коэффициент теплоотдачи как функцию от температуры соответствующей стенки:
,
Зная коэффициенты теплоотдачи можно выразить удельный тепловой поток как функцию от температуры соответствующей стенки:
Выразим температуру горячей стенки () как функцию от температуры холодной стенки (). Это позволяет сделать соотношение:
Коэффициент теплопроводности стали, берём из [3] , среднее значение тепловой проводимости загрязнений стенок берём из [3] для смеси паров бензол - толуол и воды среднего качества.
Решив уравнение, находим .
Теперь рассмотрим горячий теплоноситель - кубовый остаток. Найдем его теплофизические свойства при его средней температуре.
Теплопроводность:
Теплоемкость (Дж/кгК):
Определим критерий Прандтля для кубового остатка по формуле:
.
Найдем теплофизические параметры и критерий Прандтля при температуре стенки горячего теплоносителя ():
Вязкость
Теплопроводность
Теплоемкость
Представим критерий Прандтля при температуре стенки как функцию от этой температуры, это позволяют сделать функциональные зависимости теплофизических свойств компонентов смеси от температуры:
Так как режим течения жидкости можно считать турбулентным, то критерий Нуссельта для кубового остатка будем находить по формуле (для кубового остатка):
Выразим коэффициент теплоотдачи как функцию от температуры соответствующей стенки:
,
Зная коэффициенты теплоотдачи можно выразить удельный тепловой поток как функцию от температуры соответствующей стенки:
Потоки равны с погрешностью
Найдём коэффициент теплопередачи:
Расчетная площадь поверхности теплопередачи:
Теплообменник обладает следующими характеристиками:
Тип “труба в трубе”, диаметр кожуховой трубы , диаметр теплообменной трубы , длина одной секции - 3м, всего 22 секции.
2.4.3 Приближенный расчет теплообменников
1. Паровой подогреватель исходной смеси.
Температурная схема:
,
Тогда . По известному составу и средней температуре смеси найдём её удельную теплоёмкость:
Найдём количество теплоты, передаваемое паром исходной смеси:
Теплоту конденсации пара найдём по его абсолютному давлению:
Определим расход греющего пара:
Ориентировочную поверхность теплообмена найдём по уравнению:
Приблизительное значение коэффициента теплопередачи возьмём из [3]: . Тогда ориентировочная поверхность теплообмена будет равна:
По площади теплообмена подберём подходящий теплообменный аппарат:
-«труба в трубе»;
-диаметр труб 133?6мм и 219?6мм;
-площадь теплообмена 3,72 ;
-длинна труб 9м.
2. Дефлегматор-конденсатор
Температурная схема:
,
Тогда . По известному составу и средней температуре смеси найдём её удельную теплоёмкость:
Определим расход охлаждающей воды:
Ориентировочную поверхность теплообмена найдём по уравнению:
Приблизительное значение коэффициента теплопередачи возьмём из [3]: . Тогда ориентировочная поверхность теплообмена будет равна:
По площади теплообмена подберём подходящий теплообменный аппарат:
-кожухотрубный;
-диаметр труб 20?2мм;
-площадь теплообмена 11,5 ;
-длинна труб 3,0 м.
3. Куб-испаритель
Температурная схема:
,
Тогда . По известному составу и средней температуре смеси найдём её удельную теплоёмкость:
Теплоту конденсации пара найдём по его абсолютному давлению:
Определим расход греющего пара:
Ориентировочную поверхность теплообмена найдём по уравнению:
.
Приблизительное значение коэффициента теплопередачи возьмём из [3]: . Тогда ориентировочная поверхность теплообмена будет равна:
По площади теплообмена подберём подходящий теплообменный аппарат:
-кожухотрубный;
-диаметр труб 20?4мм;
-площадь теплообмена 46 ;
-длинна труб 4 м.
4. Холодильник дистилята.
Температурная схема:
,
Тогда . Теплоемкость воды при определим по теплофизическим свойствам:
. По известному составу и средней температуре смеси найдём её удельную теплоёмкость:
Найдём количество теплоты, выделяющееся при охлаждении дистилята:
.
Определим расход воды:
Ориентировочную поверхность теплообмена найдём по уравнению:
.
Приблизительное значение коэффициента теплопередачи возьмём из [3] : . Тогда ориентировочная поверхность теплообмена будет равна: .
По площади теплообмена подберём подходящий теплообменный аппарат:
-кожухотрубчатый;
-диаметр труб 20?2 мм;
-число труб 61;
-площадь теплообмена 11,5 ;
-длинна труб 3,0 м.
Выводы
В данной курсовой работе произведен расчет ректификационной колонны непрерывного действия для разделения смеси: бензол - толуол.
Рассчитаны основные параметры тарельчатой колонны:
-диаметр колонны: 0.8м;
-высота колонны: 5.1м;
Основные параметры тарелок:
-диаметр тарелки: 0.8м;
-расстояние между тарелками: 0.3м;
-относительное свободное сечение тарелки 0.20;
-размер щели 60?4 мм;
Для данной колонны условие устойчивой работы :
а) Для верхней части колонны:
б) Для нижней части колонны:
Подробно рассчитан холодильник кубового остатка:
тип “труба в трубе”, диаметр кожуховой трубы , диаметр теплообменной трубы , длинна одной секции 6 м, всего 3 секции.
Также, приближённо рассчитаны паровой подогреватель исходной смеси, дефлегматор-конденсатор, куб испаритель, холодильник.
Приложение 1
Список литературы
1. Дытнерский Ю. И., Борисов Г. С., Брыков В. П. “Основные процессы и аппараты химической технологии” пособие по проектированию М: Химия 1991-496с.
2. Касаткин А. Г. “Основные процессы и аппараты химической технологии” М: Химия 1971-784с.
3. Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. “Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии”. Л: Химия 1987-576с.
4. Волжинский А. И., Константинов В. А. “Ректификация: колонные аппараты с решетчатыми тарелками”. Метод. указания СПбГТУ 2002-18с.
5. Волжинский А. И., Флисюк О. М. “Определение средних физических величин, потоков пара и жидкости”. Метод. указания СПбГТУ 2002 -7с
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Понятие и виды ректификации. Кинетический расчет тарельчатого ректификационного аппарата для разделения бинарной смеси бензол-толуол графоаналитическим методом. Определение оптимального флегмового числа. Расчет диаметра, высоты и сопротивления колонны.
курсовая работа [695,1 K], добавлен 17.08.2014Проектирование ректификационной установки для непрерывного разделения смеси бензол-толуол под атмосферным давлением. Подробный расчет ректификационной колонны и парового подогревателя исходной смеси. Куб-испаритель, дефлегматор и холодильники остатка.
курсовая работа [223,7 K], добавлен 15.10.2011Знакомство с этапами технологического расчета ректификационной установки непрерывного действия. Ректификация как процесс разделения гомогенных смесей летучих жидкостей. Рассмотрение основных способов определения скорости пара и диаметра колонны.
курсовая работа [10,0 M], добавлен 02.05.2016Сущность ректификации как диффузионного процесса разделения жидких смесей. Построение зависимости давления насыщенных паров от температуры, энтальпийная диаграмма. Расчет материального и теплового баланса колонны, профиля концентраций и нагрузок.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 21.06.2010Характеристика процесса ректификации. Технологическая схема ректификационной установки для разделения смеси гексан-толуол. Материальный баланс колонны. Гидравлический расчет тарелок. Определение числа тарелок и высоты колонны. Тепловой расчет установки.
курсовая работа [480,1 K], добавлен 17.12.2014Гидравлический и тепловой расчет массообменного аппарата. Определение необходимой концентрации смеси, дистиллята и кубового остатка. Материальный баланс процесса ректификации. Расчет диаметра колонны, средней концентрации толуола в паре и жидкости.
курсовая работа [171,0 K], добавлен 27.06.2016Расчет ректификационной колонны непрерывного действия для разделения бинарной смеси ацетон-вода. Материальный баланс колонны. Скорость пара и диаметр колонны. Гидравлический расчет тарелок, определение их числа и высоты колонны. Тепловой расчет установки.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 02.05.2011Расчет насадочной и тарельчатой ректификационных колонн для разделения смеси "вода – бензол": геометрические размеры - диаметр и высота. Принципиальная схема ректификационной установки. Определение нагрузок по пару и жидкости рабочим флегмовым числом.
курсовая работа [420,3 K], добавлен 28.01.2012Расчет ректификационной колонны с ситчатыми тарелками для разделения бинарной смеси ацетон – бензол. Определение геометрических параметров колонны, гидравлического сопротивления и тепловых балансов. Расчет вспомогательного оборудования установки.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 16.06.2023Технологическая схема ректификационной установки для разделения смеси вода – уксусная кислота. Физико-химические характеристики продукта. Определение скорости пара и диаметра колонны. Технологический расчет аппарата. Физические свойства уксусной кислоты.
курсовая работа [3,2 M], добавлен 17.02.2015
