Расчёт ректификационной колонны по разделению бинарной смеси.

Содержание

Введение

2. Инженерные расчёты

2.1 Технологические расчёты

2.1.1 Равновесные данные

2.1.2 Материальный баланс

2.1.3 Расчет расходов пара и жидкости в верхней и нижней части колонны

2.1.4 Расчет теплового баланса установки и расхода греющего пара

2.2 Гидравлический расчет ректификационной колонны с колпачковыми тарелками

2.2.1 Гидравлический расчет при постоянной нагрузке по пару

2.2.1.1 Определение скорости пара и диаметра колонны

2.2.1.2 Проверка запаса свободного сечения тарелки

2.2.1.3 Гидравлическое сопротивление тарелки

2.2.1.4 Межтарельчатый унос жидкости

2.2.1.5 Проверка работы переливного устройства

2.2.2 Расчет высоты колонны

2.2.2.1 Определение кинетических параметров (коэффициентов массоотдачи, числа единиц переноса)

2.2.2.2 Определение локальной эффективности тарелки

2.2.2.3 Определение числа действительных тарелок

2.2.3 Определение высоты и гидравлического сопротивления колонны

2.3 Расчет теплообменного аппарата

Выводы

4 Список использованной литературы

Введение

Ректификация - один из способов разделения жидких смесей, основанный на различном распределении компонентов смеси между жидкой и паровой фазами. В качестве аппаратов, служащих для проведения ректификации, используются ректификационные колонны - состоящие из собственно колонны, где осуществляется противоточное контактирование пара и жидкости, и устройств, в которых происходит испарение жидкости и конденсация пара — куба и дефлегматора. Колонна представляет собой вертикально стоящий полый цилиндр, внутри которого установлены так называемые тарелки (контактные устройства различной конструкции) или помещен фигурный кусковой материал — насадка. Куб и дефлегматор — это обычно кожухотрубные теплообменники (находят применение также трубчатые печи и кубы-испарители).

Назначение тарелок и насадки - разделение межфазной поверхности и улучшение контакта между жидкостью и паром. Тарелки, как правило, снабжаются устройством для перелива жидкости. В качестве насадки ректификационных колонн обычно используются кольца, диаметр которых равен их высоте.

Как в насадочных, так и в тарельчатых колоннах кинетическая энергия пара используется для преодоления гидравлического сопротивления контактных устройств и создания динамической дисперсной системы пар — жидкость с большой межфазной поверхностью. Существуют также ректификационные колонны с подводом механической энергии, в которых дисперсная система создаётся при вращении ротора, установленного по оси колонны. Роторные аппараты имеют меньший перепад давления по высоте, что особенно важно для вакуумных колонн.

По способу проведения различают непрерывную и периодическую ректификацию. В первом случае разделяемая смесь непрерывно подается в ректификационную колонну, а из колонны непрерывно отводятся две или более фракций, обогащенных одними компонентами и обедненных другими. Полная колонна состоит из двух секций: укрепляющей и исчерпывающей. Исходная смесь (обычно при температуре кипения) подается в колонну, где смешивается с так называемой извлеченной жидкостью, стекающей по контактным устройствам (тарелкам или насадке) исчерпывающей секции противотоком к поднимающемуся потоку пара. Достигая низа колонны, жидкость обогащается тяжелолетучими компонентами. В низу жидкость частично испаряется в результате нагрева подводящимся теплоносителем, и пар снова поступает в исчерпывающую секцию.

Обогащенный легколетучими компонентами, пар поступает в дефлегматор, где обычно полностью конденсируется подходящим хладагентом. Полученная жидкость делится на два потока - дистиллят и флегму. Дистиллят является продуктовым потоком, а флегма поступает на орошение укрепляющей секции, по контактным устройствам которой стекает. Часть жидкости выводится из куба колонны в виде так называемого кубового остатка (также продуктовый поток).

Если исходную смесь нужно разделить непрерывным способом на число фракций больше двух, то применяется последовательное либо параллельно - последовательное соединение колонн.

При периодической ректификации исходная жидкая смесь единовременно загружается в куб колонны (емкость, которая соответствует желаемой производительности). Пары поступают в колонну и поднимаются к дефлегматору, где происходит их конденсация. В начальный период весь конденсат возвращается в колонну, что отвечает режиму полного орошения. Затем конденсат делится на дистиллят и флегму. По мере отбора дистиллята (либо при постоянном флегмовом числе, либо с его изменением из колонны выводятся сначала легколетучие компоненты, затем среднелетучие и так далее). Нужную фракцию (или фракции) отбирают в соответствующий сборник. Операция продолжается до полной переработки первоначально загруженной смеси.

Основные области промышленного применения ректификации — получение отдельных фракций и индивидуальных углеводородов из нефтяного сырья в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности; окиси этилена, акрилонитрила, акрилхлорсиланов - в химической промышленности. Ректификация широко используется и в других отраслях народного хозяйства: коксохимической, лесохимической, пищевой, химико-фармацевтической промышленностях.

Техническое задание №52х

Тема: ректификация - разделение смеси метиловый спирт - вода.

Перечень инженерных расчетов: рассчитать диаметр, высоту и гидравлическое сопротивление ректификационной колонны. Рассчитать тепловой баланс и расход греющего пара для ректификационной колонны. Давление в колонне – 1 атмосфера. Рассчитать и выбрать подогреватель исходной смеси греющим паром.

Перечень работ, выполняемых на ЭВМ: определить поверхность теплообмена подогревателя.

Состав и объем графической части: чертёж теплообменника для подогрева исходной смеси греющим паром. Технологическая схема.

Основные данные: расход кубового остатка , , , . Температура исходной смеси – С, температура охлаждающей воды - С, давление греющего пара – выбрать.

2 Инженерные расчеты

2.1 Технологические расчеты

Для технологических расчетов установки необходимо знать свойства веществ при определённых температурах. Основными диаграммами для определения этих свойств являются диаграммы: состав пара – состав жидкости, и зависимость температуры кипения от состава. В приложении 2 приведены диаграммы указанных свойств бинарной системы хлороформ1,2 дихлорэтан.

Выводы

В данном курсовом проекте был произведен расчет ректификационной колонны для разделения смеси метиловый спирт – вода при атмосферном давлении. Был выбран колонный аппарат с колпачковыми тарелками, обеспечивающий противоточное движение фаз. Диаметр аппарата – 1,8 м, высота аппарата – 10,2 м.

Также был выбран стандартный двухходовый кожухотрубчатый теплообменник по ГОСТ 1512079 для подогрева исходной смеси греющим паром. Характеристики теплообменника:

общее число труб = 166,

поверхность теплообмена при длине труб = - .

Технологическая_схема(Смирнов).cdw