Ректификация бинарной смеси ацетон - этиловый спирт (этанол)

Технологическая схема ректификации.cdw

Колонна ретификационная
Вентиль регулирующий
Условное обозначение
Наименование среды в
Вода оборотная (подача)
Паро-жидкосная смесь
Технологическая схема

Колонна - чертеж общего вида.cdw

Аппарат предназначен для разделения смеси ацетон-этиловый спирт
Давление в колонне Р = 1атм.
Температура среды в кубе до 78
Среда в аппарате токсичная.
Тип тарелок - колпачковые.
Производительность 11000 кгч.
испытании и поставке аппаратадолжны выпол-
а) ГОСТ 12.2.003 - 74 "Оборудование производственное.
Общие требования безопасности";
б) ОСТ 26 - 291 - 79 "Сосуды и аппараты стальные сварные.
Технические требования.
Материал деталей колонны - сталь Ст3
ГОСТ 380 - 71. Материал опоры - сталь В Ст 3 сп 3 ГОСТ 380 - 71.
Материал прокладок - паронит ПОН - 1 ГОСТ 481 - 71.
Аппарат испытать на прочность гидравлически в горизонтальном
положении под давлением 0.2 МПа
в вертикальном положении- под
Сварные соединения должны соотвеиствовать требованиям
Сварка в химическом машиностроении".
Сварные швы в объеме 100% контролировать рентгенопросве-
Действительное расположение цапф
штуцеров см. на схеме.
Неуказанный вылет штуцеров 150 мм.
Ректификационная колонна
Техническая характеристика
Технические требования
Вход паров из кипятильника
Выход кубового остатка
Таблица штуцеров и люков
Схема расположения штуцеров
Опора 4-1800 АТК 24

Пояснительная записка.docx

ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ УСТАНОВКИ5
Технологический расчет6
1 Материальный баланс колонны6
2 Пересчет концентраций низкокипящего компонента из массовых в мольные7
3 Пересчет массовых расходов в мольные8
4 Определение флегмового числа8
5 Построение линий рабочих концентраций9
6 Расчет внутренних потоков в колонне9
7 Определение числа тарелок10
8 Определение скорости пара11
9 Определение диаметра колонны11
10 Определение высоты колонны12
Гидравлический расчет12
1 Гидравлическое сопротивление12
1 Выбор материала и расчет толщины тепловой изоляции15
2 Определение тепловой нагрузки теплообменников16
3 Определение расходов греющего пара в теплообменниках17
4 Определение расходов охлаждающей воды в теплообменниках17
5 Расчет площади теплопередачи теплообменников18
6 Подбор теплообменников19
Механический расчет21
2 Расчёт опор аппаратов22
Специальный вопрос24
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ28
ПРИЛОЖЕНИЕ А Фазовое равновесие между компонентами30
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Диаграмма зависимости состав - температура31
ПРИЛОЖЕНИЕ В Расчет скорости пара32
Целью курсового проектирования является расчет ректификационной установки осуществления процесса разделения бинарной смеси "ацетон - этиловый спирт". Задачей данной работы является подбор оптимального стандартного оборудования позволяющего осуществлять эффективное разделение исходной смеси с заданным расходом.
Работа включает в себя расчет ректификационной установки с колпачковыми тарелками а именно определение расчетными методами основных параметров процесса ректификации и характеристик оборудования а также выбор основных требуемых аппаратов в соответствии с принятыми ГОСТ.
Ректификационная установка состоит из аппарата для подогрева исходной смеси собственно ректификационной колонны кипятильника для нагрева смеси до температуры кипения дефлегматора(ов) холодильника(ов) кубового остатка и дистиллята. Колонна представляет собой вертикальный аппарат цилиндрической формы тарельчатого типа.
Проектируемая ректификационная установка должна обеспечивать получение дистиллята и кубового остатка в заданном количестве и заданного состава:
Расход исходной смеси Gf=11тчас; Содержание ацетона в исходной смеси отбираемом дистилляте
ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ УСТАНОВКИ
На Рисунке 1 Представлена принципиальная технологическая схема ректификационной установки.
- емкость для исходной смеси; 23 - насосы; 4 - холодильник кубовой жидкости подогреватель исходной смеси;
- кипятильник; 6 - ректификационная колонна; 7 - дефлегматор; 8 – холодильник дистиллята; 9 - емкость для сбора дистиллята; 10 - емкость для кубовой жидкости.
Рисунок 1 - Технологическая схема установки
Исходную из промежуточной емкости 1 центробежным насосом 2 подают в подогреватель исходной смеси 4 где она подогревается до температуры 20оС. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну 6 на тарелку питания где состав жидкости равен составу исходной смеси хF .
Стекая вниз по колонне жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром образующимся при кипении кубовой жидкости из в кипятильника 5.
Для обогащения легколетучим компонентом верхнюю часть колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом жидкостью (флегмой) состав хр получаемой в дефлегматоре 7 путем конденсации пара выходящего из колонны. Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения – дистиллята который охлаждается в теплообменнике 8 и направляется в промежуточную емкость 9 .
Из кубовой части колонны насосом 3 непрерывно выводится кубовой остаток-продукт обогащенный труднолетучим компонентом который охлаждается в теплообменнике 4 и направляется в емкость 10.
Таким образом в ректификационной колонне осуществляется непрерывный равновесный процесс разделения исходной бинарной смеси на дистиллят (с высоким содержанием легколетучего компонента – ацетона) и кубовый остаток (обогащенный труднолетучим компонентом – этанолом).
Технологический расчет
1 Материальный баланс колонны
Расчет материальных потоков в колонне проводится на основании уравнений материального баланса. Уравнения материального баланса колонны:
– расход исходной смеси 11тч; [1]
– расход кубового остатка тч; [1]
– расход дистиллята тч;
– концентрация легколетучего компонента в исходной смеси;
– концентрация легколетучего компонента в кубовом остатке;
– концентрация легколетучего компонента в дистилляте;
Решая систему этих уравнений находим расход кубового остатка:
2 Пересчет концентраций низкокипящего компонента из массовых в мольные
Концентрация ацетона в исходной смеси:
Концентрация ацетона в дистилляте:
Концентрация ацетона в кубовом остатке:
3 Пересчет массовых расходов в мольные
Мольная масса исходной смеси:
Мольный расход исходной смеси:
Мольная масса дистиллята:
Мольный расход дистиллята:
Мольная масса кубового остатка:
Мольный расход кубового остатка:
4 Определение флегмового числа
Диаграмму фазового равновесия и диаграмму зависимости xy-t строим на основании данных из [2] (Приложение А Приложение Б)
По диаграмме фазового равновесия найдем состав пара находящегося в равновесии с исходной смесью:
Определим минимальное флегмовое число из условия минимального объема колонны:
Рассчитаем рабочее флегмовое число:
5 Построение линий рабочих концентраций
Найдем уравнения рабочих линий для укрепляющей части колонны:
и исчерпывающей части колонны:
6 Расчет внутренних потоков в колонне
Определим массовые расходы жидкости для верхней:
и нижней частей колонны:
7 Определение числа тарелок
Теоретическое число тарелок найдем из графика равновесия фаз для как число контакта фаз
Для нахождения действительного числа тарелок рассчитаем кпд тарелки:
В укрепляющей части колонны:
- относительная летучесть [1]
-вязкость чистого ацетона [3]
-вязкость чистого этанола [3]
-вязкость смеси в верху колонны[4]
- кпд тарелки в верху колонны
В исчерпывающей части колонны:
- относительная летучесть
- вязкость чистого этанола [3]
=0.3538 -вязкость смеси внизу колонны[4]
- кпд тарелки внизу колонны[1]
8 Определение скорости пара
Расчет вынесен в Приложение В
9 Определение диаметра колонны
Средняя температура в колонне:
Объёмный расход проходящего через колонну пара при этой температуре равен:
Внутренний диаметр колонны:
Подберем подходящую стандартную колонну [6]:
Вычислим действительную скорость пара исходя из стандартного диаметра колонны:
10 Определение высоты колонны
[7] - высота сепарационной части
По выбранному диаметру подберем из стандартную тарелку - ТСК-Р с консульными колпачками.
Основные параметры и характеристики тарелки приведены в [7] и в[6]
Гидравлический расчет
1 Гидравлическое сопротивление
Рассчитаем гидравлическое сопротивление орошаемой тарелки:
Сопротивление сухой тарелки:
- коэффициент сопротивления тарелки[1]
Сопротивление вызванное силами поверхностного натяжения:
- эквивалентный диаметр
- высота прорези [7]
Коэффициенты поверхностного натяжения для этанола и ацетона при близки для смеси примем: [3]
Сопротивление парожидкостного слоя:
- расстояния от верхнего края прорези до сливного порога[1]
- периметр слива [7]
-объемный расход жидкости
Гидравлическое сопротивление одной тарелки:
Проверим обеспечивает ли принятое значение
Требуемое условие выполняется следовательно переливные устройства работают нормально.
Рассчитаем общее гидравлическое сопротивление
в исчерпывающей части колонны:
1 Выбор материала и расчет толщины тепловой изоляции
В качестве материала для тепловой изоляции колонны примем совелит (ГОСТ 6788-74)
Толщина слоя теплоизоляции:
- температура воздуха
- температура внешнего слоя изоляции
- температура внутренней поверхности колонны
Определим потери тепла через слой изоляции:
- коэффициент пересчета
время работы аппарата в год
2 Определение тепловой нагрузки теплообменников
Определим температуры кипения исходной смеси отбираемого дистиллята и кубового остатка по диаграмме xy-t [Приложение Б]:
Определим тепловую нагрузку кипятильника:
Определим тепловую нагрузку подогревателя исходной смеси:
Определим тепловую нагрузку дефлегматора:
Определим тепловую нагрузку холодильника дистиллята:
Определим тепловую нагрузку холодильника кубового остатка:
3 Определение расходов греющего пара в теплообменниках
В подогревателе исходной смеси:
4 Определение расходов охлаждающей воды в теплообменниках
[3] - теплоемкость воды
В холодильнике дистиллята:
В холодильнике кубового остатка:
5 Расчет площади теплопередачи теплообменников
Площадь теплопередачи кипятильника:
Площадь теплопередачи подогревателя исходной смеси:
Площадь теплопередачи дефлегматора:
Площадь теплопередачи холодильника дистиллята:
Площадь теплопередачи холодильника кубового остатка:
6 Подбор теплообменников
Подберем стандартные теплообменники согласно :
Поверхность теплопередачи:
Внутренний диаметр кожуха:
Расстояние между перегородками:
Подогреватель исходной смеси:
Холодильник дистиллята:
Холодильник кубового остатка:
Штуцер подачи флегмы:
Стандартный размер трубы для изготовления штуцера 100x21[11]
Штуцер подачи исходной смеси:
Штуцер выхода кубового остатка:
Стандартный размер трубы для изготовления штуцера 125x21[11]
Штуцер выхода паров из колонны:
Стандартный размер трубы для изготовления штуцера 300x25[11]
2 Расчёт опор аппаратов
Отношение вылета к высоте ребра lh принимаем равным 05.
Толщину ребра определяем по формуле:
где G - максимальный вес аппарата МН (во время испытания когда весь аппарат заполнен водой);
z - число ребер в одной лапе
С.Д. – допускаемое напряжение на сжатие (принимаем равным 100 МНм2)
коэффициент принимаем 06
Прочность сварных швов должна отвечать условию
где Lш – общая длина сварных швов м
hш – катет сварного швам (hш = 0008) м
ш.с. – допускаемое напряжение шва на срез МНм2 (ш.с. = 80 МНм2 )
Определим максимальный вес аппарата:
Р = тg = 7701282 98 = 754725654 Н = 0754725 МН
Примем число лап n = 4 конструкцию лап – двухреберную вылет лапы l = 02 м. Высота лапы h = l 05 = 04 м. Толщину ребра определяем по формуле:
Отношение l = 02002 = 10. Общая длина сварного шва
Проверяем выполнение условия для прочности сварных швов
т.е. прочность обеспечена.
Специальный вопрос: мероприятия по снижению затрат энергии на процесс ректификации
Снижение затрат энергии возможно при увеличение толщины слоя тепловой изоляции колонны:
Зависимость величины потерь тепла через стенку колонны от толщины теплоизоляции можно выразить в следующем виде:
Минимальное допустимое значение толщины изоляции рассчитано:
Примем максимально значение толщины изоляции:
Для построения графической зависимости зададимся значениями толщины от 00016 до 01 и рассчитаем соответствующие величины потерь тепла а также величины экономии теплоты в процентах от исходной величины. Соответствующие данные приведены Таблице 1:
Таблица 1 - Значения теплопотерь и экономии тепла в зависимости от толщины изоляции
Графики зависимости величины потерь тепла через стенку колонны от толщины теплоизоляции в пределах приведен на Рисунке 2 :
Рисунок 2 -Графики зависимости величины потерь тепла через стенку колонны от толщины теплоизоляции
Из графика видно что увеличение толщины слоя тепловой изоляции существенно снижает потери тепла через стенку колонны (экономия до 92% от изначальной величины при ) то есть поставленая задача при заданных уловиях осуществима. Однако при увеличении выше определенного значения () уменьшение величины потери тепла выражено слабее. Также при увеличении толщины слоя теплоизоляции возрастают капитальные расходы на материал изоляции.
Следовательно снижение затрат энергии за счет увеличения толщины слоятепловой изоляции ректификационной колонны возможно.
В данном курсовом проекте в результате проведённых расчетов была подобрана ректификационная установка для разделения бинарной смеси ацетон-этанол с ректификационной колонной диаметром D = 18(м) высотой H = 73 (м) в которой применяется колпачковые тарелки. Расстояние между которыми = 03 (м). Тип выбранной тарелки - ТСК-Р. Основные параметры используемых теплообменников приведены в соответствующей главе. Режим работы проектируемой ректификационной установки соответствует заданному условию.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Курсовое проектирование по процессам и аппаратам химической технологии. Теплообменные аппараты и ректификационные установки: Учебное пособие Ю. Я. Печенегов Р. И. Кузьмина: Сарат. гос. ун-т им. Н. Г. Чернышевского. Саратов 2010 110с.
Коган В. Б. Фридман В. М. Кафаров В. В. Равновесие между жидкостью и паром. - М.:Химия1968. -848 с.
Плановский А.Н. Рамм В.М. Каган С.З. Процессы и аппараты химической технологии.-М.: Химия 1968. -848с.
Чернобыльский И. И. Бондарь А.Г. Гаевский Б.А. и др. Машины и аппараты химических производств. - М.:Машиностроение 1975. -456с.
Павлов К.Ф. Романков П.Г. Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов Под ред. чл. -корр. АН СССР П.Г. Романкова. 10-е изд. перераб. и доп. - Л: Химия 1987. -576с.
Справочник химика Под редакцией Б.П. Никольского - Т.5 .-М.- Л.: Химия 1968. -976с.
Машины и аппараты химических производств: Примеры и задачи. Учебное пособие для студентов вузов.И.В. Доманский и др. Под общей ред. В.Н.Соколова. Л.: Машиностроение Ленингр.отд-ние. 1982 364с.
Тепловая изоляция Под ред. Г.Ф. Кузнецова изд 2-е перераб. и доп. - М.: Стройиздат 1973 -439с.
Лащинский А.А. Толчинский А. Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры: Справ. 2-е изд. -М.:Машиностроение. 1970. -762 с.
Фазовое равновесие между компонентами
На Рисунке А.1 изображено фазовое равновесие между низкокипящим и высококипящим компонентами бинарной смеси.
Рисунок А.1 - Фазовое равновесие между компонентами
Диаграмма зависимости состав - температура
На Рисунке Б.1 изображен график зависимости температур кипения бинарной смеси в зависимости от содержания в ней низкокипящего и высококипящего компонента:
Рисунок Б.1 - диаграмма зависимости xy - t
Расчет скорости пара
Средние концентрации жидкости:
Средние концентрации пара найдем по уравнениям линий рабочих концентраций:
Средние температуры пара определяем по диаграмме t-xy[Приложение Б]:
Средние мольные массы пара:
Средняя плотность пара:
Средняя плотность пара по всей колонне:
Значения температуры пара в колонне определим по графику xy-t [Приложение Б]:
Плотность ацетона при температуре равна: [3]
Плотность этанола при температуре равна: [3]
Рассчитаем среднюю плотность жидкости:
Примем расстояние между тарелками:
Коэффициент примем согласно выбранному :
Определим среднюю скорость пара в колонне:

Титульник.doc

Министерство образования и науки Российской Федерации
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
САРАТОВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Н.Г.ЧЕРНЫШЕВСКОГО
Кафедра нефтехимии и техногенной безопасности
Расчет ректификационной колонны для разделения бинарной смеси ацетон - этиловый спирт
студента 2 курса 231 группы
направление 18.03.01. «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов»
Амикишиева Александра Александровича
Научный руководитель:
Профессор д.т.н. профессор Ю.Я. Печенегов
Зав. кафедрой д.х.н. профессор Р.И. Кузьмина

Сырая курсовая с подробными ссылками(без ссылки - по умолчанию [1]).docx

ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ УСТАНОВКИ6
Технологический расчет7
1 Материальный баланс колонны7
2 Пересчет концентраций низкокипящего компонента из массовых в мольные8
3 Пересчет массовых расходов в мольные9
4 Определение флегмового числа9
5 Построение линий рабочих концентраций10
6 Рассчет внутренних потоков в колонне10
7 Определение числа тарелок10
8 Определение скорости пара12
9 Определение диаметра колонны14
10 Определение высоты колонны15
Гидравлический расчет15
1 Гидравлическое сопротивление15
1 Выбор материала и расчет толщины тепловой изоляции18
2 Определение тепловой нагрузки теплообменников19
3 Определение расходов греющего пара в теплообменниках20
4 Определение расходов охлаждающей воды в теплообменниках20
5 Расчет площади теплопередачи теплообменников21
5 Подбор теплообменников22
Механический расчет24
2 Расчёт опор аппаратов25
Специальный вопрос: мероприятия по снижению затрат энергии на процесс ректификации27
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ30
ПРИЛОЖЕНИЕ А Фазовое равновесие между компонентами31
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Диаграмма зависимости состав - температура32
Задачей курсового проектирования является расчет ректификационной установки осуществления процесса разделения бинарной смеси "ацетон - этиловый спирт".
Данная работа включает в себя собственно расчет ректификационной установки с колпачковыми тарелками а именно определение расчетными методами основных параметров процесса ректификации и характеристик оборудования а также выбор основных требуемых аппаратов в соответствии с принятыми ГОСТ.
Ректификационная установка состоит из аппарата для подогрева исходной смеси собственно ректификационной колонны кипятильника для нагрева смеси до температуры t дефлегматора(ов) холодильника(ов) кубового остатка и дистиллята. Колонна представляет собой вертикальный аппарат цилиндрической формы тарельчатого типа.
Проектируемая ректификационная установка должна обеспечивать получение дистиллята и кубового остатка в заданном количестве и заданного состава:
Расход исходной смеси Gf=11тчас; Содержание ацетона в исходной смеси отбираемом дистилляте
ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ УСТАНОВКИ
Рисунок 1 - Технологическая схема усстановки
- емкость для исходной смеси; 23 - насосы; 4 - холодильник кубовой жидкости подогреватель исходной смеси;
- кипятильник; 6 - ректификационная колонна; 7 - дефлегматор; 8 - холодильник
дистиллята; 9 - емкость для сбора дистиллята; 10 - емкость для кубовой жидкости.
Исходную из промежуточной емкости 1 центробежным насосом 2 подают в холодильник кубовой жидкости 4 где она подогревается до температуры кипения. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну 6 на тарелку питания где состав жидкости равен составу исходной смеси хF .
Стекая вниз по колонне жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильник 5.
Для обогащения легколетучим компонентом верхнюю часть колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом жидкостью (флегмой) состав хр получаемой в дефлегматоре 7 путем конденсации пара выходящего из колонны. Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения – дистиллята который охлаждается в теплообменнике 8 и направляется в промежуточную емкость 9 .
Из кубовой части колонны насосом 3 непрерывно выводится кубовая жидкость-продукт обогащенный труднолетучим компонентом который охлаждается в теплообменнике 4 и направляется в емкость 10.
Таким образом в ректификационной колонне осуществляется непрерывный равновесный процесс разделения исходной бинарной смеси на дистиллят (с высоким содержанием легколетучего компонента – ацетона) и кубовый остаток (обогащенный труднолетучим компонентом – этанолом).
Технологический расчет
1 Материальный баланс колонны
Расчет материальных потоков в колонне проводится на основании уравнений материального баланса. Уравнения материального баланса колонны:
– расход исходной смеси 11тч;
– расход кубового остатка кгc;
– расход дистиллята кгc;
– концентрация легколетучего компонента в исходной смеси;
– концентрация легколетучего компонента в кубовом остатке;
– концентрация легколетучего компонента в дистилляте;
Решая систему этих уравнений находим расход кубового остатка:
2 Пересчет концентраций низкокипящего компонента из массовых в мольные
Концентрация ацетона в исходной смеси:
Концентрация ацетона в дистилляте:
Концентрация ацетона в кубовом остатке:
3 Пересчет массовых расходов в мольные
Мольная масса исходной смеси:
Мольный расход исходной смеси:
Мольная масса дистиллята:
Мольный расход дистиллята:
Мольная масса кубового остатка:
Мольный расход кубового остатка:
4 Определение флегмового числа
Диаграмму фазового равновесия и диаграмму зависимости xy-t строим на основании данных из [2] (см.Приложение А Приложение Б)
По диаграмме фазового равновесия найдем состав пара находящегося в равновесии с исходной смесью:
Определим минимальное флегмовое число из условия минимального объема колонны:
Рассчитаем рабочее флегмовое число:
5 Построение линий рабочих концентраций
Найдем уравнения рабочих линий для укрепляющей части колонны:
и исчерпывающей части колонны:
6 Рассчет внутренних потоков в колонне
Определим массовые расходы жидкости для верхней:
и нижней частей колонны:
7 Определение числа тарелок
Теоретическое число тарелок найдем из графика равновесия фаз для как число контакта фаз
Для нахождения действительного числа тарелок рассчитаем кпд тарелки:
В укрепляющей части колонны:
- относительная летучесть
-вязкость чистого ацетона [3 с806]
-вязкость чистого этанола [3 с807]
-вязкость смеси в верху колонны[4 с308]
- кпд тарелки в верху колонны
В исчерпывающей части колонны:
- относительная летучесть
- вязкость чистого этанола [3 с807]
=0.3538 -вязкость смеси внизу колонны[4 с308]
- кпд тарелки низу колонны
8 Определение скорости пара
Средние концентрации жидкости:
Средние концентрации пара найдем по уравнениям линий рабочих концентраций:
Средние температуры пара определяем по диаграмме t-xy:
Средние мольные массы пара:
Средняя плотность пара:
Средняя плотность пара по всей колонне:
Значения температуры пара в колонне определим по графику xy-t:
Плотность ацетона при температуре равна: [3 с804]
Плотность этанола при температуре равна: [3 с805]
Рассчитаем среднюю плотность жидкости:
Примем расстояние между тарелками:
Коэффициент примем согласно выбранному :
Определим среднюю скорость пара в колонне:
9 Определение диаметра колонны
Средняя температура в колонне:
Объёмный расход проходящего через колонну пара при этой температуре равен:
Внутренний диаметр колонны:
Подберем подходящую стандартную колонну [6 с707]:
Вычислим действительную скорость пара исходя из стандартного диаметра колонны:
10 Определение высоты колонны
[7 с220] - высота сепарационной части
[7с220] - высота куба
По выбранному диаметру подберем стандартную тарелку - ТСК-Р с консульными колпачками.
Основные параметры и характеристики тарелки приведены в [7 с228] и в[6 с705]
Гидравлический расчет
1 Гидравлическое сопротивление
Рассчитаем гидравлическое сопротивление орошаемой тарелки:
Сопротивление сухой тарелки:
- коэффициент сопротивления тарелки[1 с76]
Сопротивление вызванное силами поверхностного натяжения:
- эквивалентный диаметр
- высота прорези [7 с225]
-ширина прорези [7 с225]
Коэффициенты поверхностного натяжения для этанола и ацетона при близки для смеси примем: [3 с812-813]
Сопротивление парожидкостного слоя:
высота прорези [1 с77]
- расстояния от верхнего края прорези до сливного порога[1 с77]
- периметр слива [7 с228]
-объемный расход жидкости
Гидравлическое сопротивление одной тарелки:
Проверим обеспечивает ли принятое значение
Требуемое условие выполняется следовательно переливные устройства работают нормально.
Рассчитаем общее гидравлическое сопротивление
в исчерпывающей части колонны:
1 Выбор материала и расчет толщины тепловой изоляции
В качестве материала для тепловой изоляции колонны примем совелит (ГОСТ 6788-74)
Толщина слоя теплоизоляции:
- температура воздуха
- температура внешнего слоя изоляции
- температура внутренней поверхности колонны
Определим потери тепла через слой изоляции:
- коэффициент пересчета
время работы аппарата в год
2 Определение тепловой нагрузки теплообменников
Определим температуры кипения исходной смеси отбираемого дистиллята и кубового остатка по диаграмме xy-t:
Определим тепловую нагрузку кипятильника:
Определим тепловую нагрузку подогревателя исходной смеси:
Определим тепловую нагрузку дефлегматора:
Определим тепловую нагрузку холодильника дистиллята:
Определим тепловую нагрузку холодильника кубового остатка:
3 Определение расходов греющего пара в теплообменниках
В подогревателе исходной смеси:
4 Определение расходов охлаждающей воды в теплообменниках
[3 с808] - теплоемкость воды
В холодильнике дистиллята:
В холодильнике кубового остатка:
5 Расчет площади теплопередачи теплообменников
Площадь теплопередачи кипятильника:
Площадь теплопередачи подогревателя исходной смеси:
Площадь теплопередачи дефлегматора:
Площадь теплопередачи холодильника дистиллята:
Площадь теплопередачи холодильника кубового остатка:
5 Подбор теплообменников
Подберем стандартные теплообменники согласно :
Поверхность теплопередачи:
Внутренний диаметр кожуха:
Расстояние между перегородками:
Подогреватель исходной смеси:
Холодильник дистиллята:
Холодильник кубового остатка:
Штуцер подачи флегмы:
Стандартный размер трубы для изготовления штуцера 100x21[11 с659]
Штуцер подачи исходной смеси:
Штуцер выхода кубового остатка:
Стандартный размер трубы для изготовления штуцера 125x21[11 с659]
Штуцер выхода паров из колонны:
Стандартный размер трубы для изготовления штуцера 300x25[11 с659]
2 Расчёт опор аппаратов
Отношение вылета к высоте ребра lh принимаем равным 05.
Толщину ребра определяем по формуле:
где G - максимальный вес аппарата МН (во время испытания когда весь аппарат заполнен водой);
n - число лап (не менее двух);
z - число ребер в одной лапе (одно или два);
С.Д. – допускаемое напряжение на сжатие (принимаем равным 100 МНм2);
коэффициент принимаем вначале 06 а затем уточняем по графику зависимости от l.
Прочность сварных швов должна отвечать условию
где Lш – общая длина сварных швов м;
hш – катет сварного шва м (hш = 0008 м);
ш.с. – допускаемое напряжение материала шва на срез МНм2 (ш.с. = 80 МНм2 ).
Определим максимальный вес аппарата:
Р = тg = 7701282 98 = 754725654 Н = 0754725 МН
Примем число лап n = 4 конструкцию лап – двухреберную вылет лапы l = 02 м. Высота лапы h = l 05 = 04 м. Толщину ребра при = 06 определяем по формуле:
Отношение l = 02002 = 10. Общая длина сварного шва
Проверяем выполнение условия для прочности сварных швов
т.е. прочность обеспечена.
Специальный вопрос: мероприятия по снижению затрат энергии на процесс ректификации
Снижение затрат энергии возможно при увеличение толщины слоя тепловой изоляции колонны:
Зависимость величины потерь тепла через стенку колонны от толщины теплоизоляции можно выразить в следующем виде:
Минимальное допустимое значение толщины изоляции рассчитано:
Примем максимально допустимое значение толщины изоляции:
Для построения графической зависимости зададимся значениями толщины от 00016 до 001 и рассчитаем соответствующие величины потерь тепла а также величины экономии теплоты в процентах от исходной величины:
Построим графики зависимости величины потерь тепла через стенку колонны и экономии теплоты от толщины теплоизоляции в пределах :
Из графика видно что увеличение толщины слоя тепловой изоляции существенно снижает потерь тепла через стенку колонны (экономия до 92% при от изначальной величины) однако при увеличении выше определенного значения () уменьшение величины потери тепла выражено слабее.
Следовательно оптимальная толщина изоляции для данной колонны составляет . Изменение изначальной толщины на позволит сэкономить около 75% тепла теряемого через стенку колонны.
В данном курсовом проекте в результате проведённых расчетов была подобрана ректификационная установка для разделения бинарной смеси ацетон-этанол с ректификационной колонной диаметром D = 18(м) высотой H = 73 (м) в которой применяется колпачковые тарелки расстояние между которыми = 03 (м). Колонна работает в нормальном режиме.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Курсовое проектирование по процессам и аппаратам химической технологии. Теплообменные аппараты и ректификационные установки: Учебное пособие Ю. Я. Печенегов Р. И. Кузьмина: Сарат. гос. ун-т им. Н. Г. Чернышевского. Саратов 2010 110с.
Коган В. Б. Фридман В. М. Кафаров В. В. Равновесие между жидкостью и паром. - М.:Химия1968. -848 с.
Плановский А.Н. Рамм В.М. Каган С.З. Процессы и аппараты химической технологии.-М.: Химия 1968. -848с.
Чернобыльский И. И. Бондарь А.Г. Гаевский Б.А. и др. Машины и аппараты химических производств. - М.:Машиностроение 1975. -456с.
Павлов К.Ф. Романков П.Г. Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов Под ред. чл. -корр. АН СССР П.Г. Романкова. 10-е изд. перераб. и доп. - Л: Химия 1987. -576с.
Справочник химика. - Т.5 .-М.- Л.: Химия 1968.
Машины и аппараты химических производств: Примеры и задачи. Учебное пособие для студентов вузов.И.В. Доманский и др. Под общей ред. В.Н.Соколова. Л.: Машиностроение Ленингр.отд-ние. 1982 364с.
Тепловая изоляция Под ред. Г.Ф. Кузнецова изд 2-е перераб. и доп. - М.: Стройиздат 1973 -439с.
Лащинский А.А. Толчинский А. Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры: Справ. 2-е изд. -М.:ММашиностроение. 1970. -762 с.
Фазовое равновесие между компонентами
Диаграмма зависимости состав - температура

Текст на защиту.docx

Задачей моего курсового проектирования было разработать проект ректификационной установки с колпачковыми тарелками для разделения бинарной смеси ацетон - этиловый спирт с расходом исходной смеси - 11 тонн в час. Содержание ацетона согласно поставленному условию составляло 36 массовых процентов в исходной смеси 95 в отбираемом дистилляте и 15 массовых процента в кубовом остатке.
Здесь представлена принципиальная технологическая схема работы ректификационной установки на производстве. Исходная смесь подается в емкость Е1 откуда через насос Н1 или в случае его поломки или замены через насос Н2 попадает в подогреватель исходной смеси П где за счет температуры греющего водяного пара нагревается до температуры кипения. Далее нагретая смесь поступает на питающую тарелку ректификационной колонны. В кипятильнике колонны в качестве греющего теплоносителя также используется водяной пар. Выходящие из верхней части колонны пары насыщенные ацетоном поступают в дефлегматор где частично конденсируются. В соответствии с флегмовым числом 56% дистиллята отправляется обратно в колонну в виде флегмы а 44% отбирается и после охлаждения в холодильнике дистиллята Х2 до температуры 19 градусов Цельсия поступает на хранение в емкость Е3 как готовый продукт. В тоже время кубовая жидкость обогащенная этиловым спиртом подается в холодильник кубового остатка Х2 откуда после охлаждения до 38 градусов по Цельсию отправляется на хранение в емкость Е2. Готовые продукты могут быть удалены из емкостей с помощью насосов. Также все емкости сообщаются с канализационным стоком для их очистки. Отработанные теплоносители отводятся от теплообменников через линии В5 и Т8 для повторного использования.
Высота самой ректификационной колонны составила 8 целых 2десятых метра. Диаметр 1 целая 8 десятых метра. Тип тарелки - ТСК-Р.
Режим работы проектируемой ректификационной колонны соответствует заданному условию.
В рамках специального вопроса я рассмотрел один из возможных способов снизить затраты энергии на процесс ректификации - а именно за счет увеличения толщины тепловой изоляции. Используя зависимость количества тепловых потерь от толщины слоя изоляционного материала я задался значениями толщины от изначального значения до толщины 0.1 метра и рассчитал соответствующие теплопотери.
Из графика видно что увеличение толщины слоя тепловой изоляции существенно снижает потери тепла через стенку колонны (экономия до 92% от изначальной величины при ) то есть поставленая задача при заданных уловиях осуществима. Однако при увеличении выше определенного значения () уменьшение величины потери тепла выражено слабее. Также при увеличении толщины слоя теплоизоляции возрастают капитальные расходы на материал изоляции.
Следовательно снижение затрат энергии за счет увеличения толщины слоя тепловой изоляции ректификационной колонны возможно.
Спасибо за внимание. Это все.