![]() КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту по процессам и аппаратам на тему:
«Расчёт ректификационной установки непрерывного действия для разделения бинарной смеси тетрахлоруглерод - толуол производительностью 11 т/ч»
Выполнил: студент гр. К-41 Стариков Д. Проверил: преподаватель Ильина С.И.
Москва 2010
1. Введение. 4 2. Схема установки. Подбор материалов. Ошибка! Закладка не определена. 3. Расчет ректификационной колонны.. 6 3.1. Материальный баланс процесса. 6 3.1.1. Нахождение оптимального флегмового числа графическим способом.. 6 3.1.2. Расчет средних массовых расходов. 8 3.2. Скорость пара и диаметр колонны.. 9 3.3. Расчёт высоты колонны.. 11 3.3.1. Высота светлого слоя жидкости на тарелке и. 11 паросодержание барботажного слоя. 11 3.3.2. Коэффициенты массоотдачи. 12 3.3.3. Расчёт высоты сепарационного пространства и. 15 относительного уноса жидкости. 15 3.3.4. Расчёт кинетической кривой и определение высоты колонны.. 16 3.3.5. Гидравлическое сопротивление тарелок колонны.. 18 4. Расчет теплообменников. 19 4.1. Тепловой расчёт подогревателя исходной смеси. 19 4.2. Тепловой расчёт кипятильника. 21 4.3. Тепловой расчёт дефлегматора. 24 4.4. Тепловой расчет холодильника дистиллята. 26 4.5. Тепловой расчет холодильника кубового остатка. 29 5. Подбор емкостей. 33 6. Подбор конденсатоотводчиков. 34 7. Подбор трубопроводов. 36 8. Подбор насосов. 39 8.1. Расчет всасывающего трубопровода от емкости к насосу. 39 8.2. Расчет нагнетательного трубопровода. 40 8.3. Расчет трубопровода подогреватель - колонна. 41 9. Расчет толщины тепловой изоляции ректификационной колонны.. 43 10. Расчёт аппарата на прочность. 44 11. Выбор точек контроля за проведением процесса. 45 12. Заключение. 46 13. Список используемой литературы.. 47 Приложения. 48 Приложение 1. Спецификация. 48 Приложение 2. Равновесные данные. 49 Приложение 3. y-x- диаграмма. 50 Приложение 4. t-x,y-диаграмма. 51
Одним из наиболее распространенных методов разделения жидких однородных смесей, состоящих из двух и более числа компонентов является ректификация. Ректификация – тепломассообменный процесс разделения жидкой смеси на компоненты путем противоточного многократного взаимодействия потоков пара и жидкости, имеющих различную температуру. Этот процесс в большинстве случаев осуществляется в противоточных колонных аппаратах с различными контактными элементами (насадка, тарелки). В процессе ректификации происходит непрерывный обмен между жидкой и паровой фазой. Жидкая фаза обогащается более высококипящим компонентом, а паровая фаза – более низкокипящим. Такой двусторонний обмен компонентами, позволяет получить в конечном счете пары, представляющие собой почти чистый низкокипящий компонент. Эти пары после конденсации в отдельном аппарате дают дистиллят (ректификат) и флегму - жидкость, возвращаемую для орошения колонны и взаимодействия с поднимающимися парами. Пары получают путем частичного испарения снизу колонны остатка, являющегося почти чистым высококипящим компонентом. Таким образом, процесс тепломассообмена происходит по всей высоте колонны между стекающим вниз дистиллятом, образующимся наверху колонны (флегмой), и поднимающимся вверх паром. Чтобы интенсифицировать процесс тепломассообмена применяют контактные элементы, увеличивающие поверхность взаимодействия фаз. В случае применения насадки, флегма стекает тонкой пленкой по ее развитой поверхности. В случае применения тарелок, пар в виде множества пузырьков, образующих развитую поверхность контакта, проходит через слой жидкости на тарелке. В настоящее время процесс ректификации широко распространен в химической технологии и применяется для получения разнообразных продуктов в чистом виде. Однако проведение ректификации возможно в том случае, если отсутствует равновесие (и соответственно имеется разность температур фаз) при движении фаз с определённой относительной скоростью и осуществляется их многократное контактирование. Процессы ректификации осуществляются периодически или непрерывно при различных давлениях, а также различными способами. Выбор того или иного способа проведения ректификации основано на технико-экономическом расчёте и анализе свойств разделяемой смеси. Так для разделения смесей высококипящих веществ используют ректификацию под вакуумом, а для разделения смесей веществ с близкими температурами кипения используют экстрактивную или азеотропную ректификацию. Целью моего проектирования является расчёт тарельчатой ректификационной установки непрерывного действия для разделения бинарной смеси «тетрахлоуглерод - толуол ». Смесь «тетрахлоуглерод - толуол» обладает разбросом в температурах кипения разделяемых компонентов, устойчивых при этих температурах, что позволяет для её разделения использовать процесс ректификации. Размеры тарельчатой колонны (диаметр и высота) обусловлены нагрузками по пару и жидкости, типом контактного устройства (тарелки), физическими свойствами взаимодействующих фаз. Ректификацию жидкостей, не содержащих взвешенные частицы и не инкрустирующих при атмосферном давлении в аппаратах большой производительности часто осуществляют на ситчатых переточных тарелках. Поэтому выполним расчет ректификационной колонны с ситчатыми тарелками. 2. Схема установки. Подбор материалов. 1 – емкость для исходной смеси 2,3 – насосы 4 – холодильник кубовой жидкости 5 – кипятильник 6 – ректификационная колонна 7 – дефлегматор 8 – холодильник дистиллята 9 – емкость для сбора дистиллята 10 – емкость для кубовой жидкости Конструкционный материал выбираем исходя из соображений коррозионной стойкости материала. Скорость коррозии не должна превышать 0,1 мм в год. Мы имеем дело с органическими жидкостями и их парами. В этом случае используются хромированные стали. Выбираем сталь Х18Н10Т. Состав стали: С – не более 0,12%; Si – не более 0,8%; Мn – 1-2 %; Cr – 17-19%; Ni – 9-11%; Ti – 0,6% Примеси: S – не более 0,02 %; P – не более 0,035% Коэффициент теплопроводности для этой стали равен 16,4 Вт/(м Прокладочный материал фторопласт – 4. 3. Расчет ректификационной колонны 3.1. Материальный баланс процесса Введем обозначения: компонент A - четыреххлористый углерод (ЧХУ) CCl4 , легколетучий (низкокипящий) компонент; компонент B – толуол C6H6CH3.
Производительность колонны по дистилляту P и кубовому остатку W определим из уравнений материального баланса колонны: 3.1.1. Нахождение оптимального флегмового числа графическим способом Вычислим минимальное флегмовое число
где Пересчитаем составы фаз из массовых долей в мольные по соотношению:
Получим:
По графику находим Рабочее флегмовое число: Построим рабочую линию (для верхней части колонны): Зададимся различными значениями коэффициента избытка флегмы β: 1) 2) 3) 4) 5) 6) Зададимся различными значениями коэффициентов избытка флегмы
Число ступеней изменения концентраций N определили графически Определяем рабочее флегмовое число:
Из графика видно, что минимальное произведение Нанесем рабочие линии и ступени изменения концентрации для колонны в соответствии с найденным значением R. N = 18 3.1.2. Расчет средних массовых расходов Средние массовые расходы по жидкости для верхней и нижней частей колонны определяем из соотношений:
где Мольную массу дистиллята можно принять равной мольной массе легколетучего компонента – бензола. Средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны равны:
где
Мольная масса исходной смеси
Средние массовые потоки пара в верхней
где
и средние массовые потоки пара в верхней и нижней частях колонны равны:
3.2. Скорость пара и диаметр колонны По диаграмме t-x,y и по средним составам фаз определяем, что средняя температура в верхней части колонны равна
средняя температура в нижней части колонны равна
Плотность пара в верхней части колонны
где
где Для ситчатых тарелок:
Диаметр колонны определяем из уравнения расхода:
По [1] (c. 197) из нормального ряда диаметров колонн, принятых в химической промышленности выбираем стандартный диаметр колонны D = 1,4 м. Рабочая скорость будет равна:
По приложению 5.1 [1] для колонны диаметром 1400 мм выбираем ситчатую тарелку типа ТС-Р Техническая характеристика ситчатых тарелок типа ТС-Р
Скорость пара в рабочем сечении тарелки:
3.3. Расчёт высоты колонны 3.3.1. Высота светлого слоя жидкости на тарелке и паросодержание барботажного слоя Высоту светлого слоя жидкости h0 для ситчатых тарелок находят по уравнению:
где
1) Для верхней части колонны:
Вязкость смеси найдем по уравнению: 2)Для нижней части колонны:
Вязкость смеси найдем по уравнению:
где Для верхней части колонны
Для нижней части колонны
3.3.2. Коэффициенты массоотдачи Коэффициент диффузии в жидкости при средней температуре t (в 0С) равен
Коэффициенты диффузии в жидкости
где А, В – коэффициенты, зависящие от свойств растворенного вещества и растворителя; A=1, B=1
где Коэффициент диффузии в паровой фазе может быть вычислен по уравнению:
где
1) Для верхней части колонны:
По таблице 6.3 [2]
2)Для нижней части колонны:
Вычислим коэффициенты массоотдачи: Для верхней части колонны:
где
Для нижней части колонны:
Пересчитаем коэффициенты массоотдачи на кмоль/(м2с): Для верхней части: Для нижней части: 3.3.3. Расчёт высоты сепарационного пространства и относительного уноса жидкости Высота сепарационного пространства
где Для колонн диаметром 1400 мм
Для верхней части колонны:
Для нижней части колонны:
Относительный унос жидкости Для верхней части колонны:
Для нижней части колонны:
3.3.4. Расчёт кинетической кривой и определение высоты колонны Для колонн с ситчатыми тарелками диаметром более 600 мм отсутствуют надёжные данные по продольному перемешиванию жидкости, поэтому с достаточной степенью приближения можно считать, что одна ячейка перемешивания соответствует длине пути жидкости l = 350 мм. Определим число ячеек полного перемешивания Длину пути жидкости на тарелке
Вычислим число кмоль питания на 1 кмоль дистиллята
Порядок расчета кинетической кривой Коэффициент массопередачи
где – коэффициент распределения компонента по фазам в условия равновесия, определяется как тангенс угла наклона равновесной линии в точке касания. Число единиц переноса по паровой фазе на тарелке
Локальная эффективность
Коэффициент
где
Эффективность тарелки по Мэрфри
Эффективность тарелки по Мэрфри Эффективность тарелки по Мэрфри
С другой стороны Результаты расчета параметров, необходимых для построения кинетической линии, приведены ниже:
Взяв отсюда значения
Высоту тарельчатой ректификационной колонны определим по формуле где
3.3.5. Гидравлическое сопротивление тарелок колонны Полное гидравлическое сопротивление тарелок колонны
Полноое гидравлическое сопротивление тарелки
Тогда полное гидравлическое сопротивление тарелки
Полное гидравлическое сопротивление тарелок колонны:
4. Расчет теплообменников 4.1. Тепловой расчёт подогревателя исходной смеси Введем индексы: 1- для водяного пара в межтрубном пространстве; 2- для исходной смеси в трубах. Расчет проводим последовательно в соответствии с общей схемой. 1)Тепловая нагрузка аппарата
2) Расход греющего пара определим из уравнения теплового баланса: Для обогрева подогревателя будем использовать насыщенный водяной пар с давлением P = 0,2 МПа. 3) Средняя разность температур: 4) Ориентировочный выбор подогревателя. По табл. 2.1. [1] примем ориентировочный коэффициент теплопередачи Задаваясь числом
Для Для На 2 хода для труб. По ГОСТ 15118-79, ГОСТ 15120-79 и ГОСТ 15122-79 выберем кожухотрубчатый теплообменник, наиболее подходящий по поверхности теплообмена и по отношению
5) Уточненный расчет подогревателя. Определим коэффициент теплоотдачи к воде
Коэффициент теплоотдачи от пара, конденсирующегося на пучке вертикально расположенных труб, определим по уравнению Свойства конденсата при температуре конденсации Толщина труб 2 мм, материал – нержавеющая сталь,
Коэффициент теплопередачи:
Требуемая поверхность теплопередачи
Запас поверхности:
Теплообменник подходит. Запас поверхности 24,5 %. По ГОСТ 15119-79 - ГОСТ 15122-79 масса теплообменника 890 кг([1], табл. 2.8.) 4.2. Тепловой расчёт кипятильника Расчет проводим последовательно в соответствии с общей схемой. 1)Тепловая нагрузка аппарата. Общий расход тепла в кубе с учетом 5% потерь: Определим расход тепла на испарение флегмы: Определим расход тепла на испарение дистиллята:
Определим расход тепла на нагревание кубового остатка:
2) Расход греющего пара определим из уравнения теплового баланса: Для обогрева подогревателя будем использовать насыщенный водяной пар с давлением P = 0,2 МПа. 3) Средняя разность температур: 4) Ориентировочный выбор кипятильника. По табл. 2.1. [1] примем ориентировочный коэффициент теплопередачи Согласно ГОСТ 15119-79 эти теплообменники могут быть только вертикальными одноходовыми, с трубками диаметром 25х2 мм. По ГОСТ 15118-79 и ГОСТ 15121-79 выберем кожухотрубчатый теплообменник, наиболее подходящий по поверхности теплообмена ([1], табл. 2.9.).
Для определения коэффициента теплоотдачи от пара, конденсирующегося на наружной поверхности труб высотой Н, используем формулу: Коэффициент теплоотдачи к кипящей в трубах жидкости вычисляется по формуле: Из основного уравнения теплопередачи и уравнения аддитивности термических сопротивлений следует, что: Подставляя сюда выражения для Решив это уравнение относительно Коэффициенты
Свойства кубового остатка при температуре кипения
Тогда: | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Дата добавления: 2015-09-13; просмотров: 169; Мы поможем в написании вашей работы!; Нарушение авторских прав |
<== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |
БИБЛИОГРАФИЯ. Арутюнов А. Ленин. Личностная и политическая биография: В 2 т | | |