- •1 Описание технологической схемы
- •2.4 Определение числа теоретических ступеней (чтс)
- •2) Уравнение теплового баланса.
- •2) Определение скорости пара
- •2.7 Определение высоты рк
- •2.8 Проверка принятого гидравлического сопротивления
- •3.2 Определение среднего перепада температур
- •3.3 Ориентировочный расчет теплообменника
- •3.4 Уточненный расчет теплообменника
- •3.5 Требуемая поверхность теплообмена
Федеральное агентство по образованию (Рособразование) |
|||||||||||||||||||||
Архангельский государственный технический университет |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
Кафедра лесохимических производств |
|
|||||||||||||||||||
|
(наименование кафедры) |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
Кузнецова Александра Николаевна |
|
|||||||||||||||||||
|
(фамилия, имя, отчество студента) |
|
|||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||
|
Факультет |
ХТ |
курс |
3 |
группа |
4 |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
По дисциплине |
Гидравлика и теплотехника |
|||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||
|
На тему |
Проект ректификационной установки для разделения |
|||||||||||||||||||
|
|
(наименование темы) |
|||||||||||||||||||
|
смеси вода – уксусная кислота производительностью 1200 кг/ч смеси |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
Руководитель проекта |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
(должность) |
|
(подпись) |
|
(и.,о., фамилия) |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
Проект допущен к защите |
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
(подпись руководителя) |
|
(дата) |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
Решением комиссии от « |
|
» |
|
|
2010 г. |
|
||||||||||||||
|
признать, что проект |
|
|
|
|||||||||||||||||
|
выполнен и защищён с оценкой |
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
Члены комиссии |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
А.А.Мариев |
|
|||||||||||||||
|
(должность) |
|
(подпись) |
|
(и.,о., фамилия) |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
Архангельск |
|
|||||||||||||||||||
|
2010 |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЛИСТ ЗАМЕЧАНИЙ
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………………5
1 ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ……………………………………..8
2 РАСЧЕТ ОСНОВНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ……………9
2.1 Материальный баланс установки…………………………………………………...9
2.2 Пересчет массовых долей в мольные……………………………………………..10
2.3 Определение оптимального флегмового числа…………………………………..11
2.4 Определение числа теоретических ступеней (ЧТС)……………………………..12
2.5 Тепловой баланс установки………………………………………………………..13
2.6 Определение диаметра РК…………………………………………………………18
2.7 Определение высоты РК…………………………………………………………...23
2.8 Проверка принятого гидравлического сопротивления…………………………..23
3 РАСЧЕТ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ (ПОДОГРЕВАТЕЛЯ)……26
3.1 Определение тепловой нагрузки и расход горячего теплоносителя……………26
3.2 Определение среднего перепада температур……………………………………..27
3.3 Ориентировочный расчет теплообменника………………………………………28
3.4 Уточненный расчет теплообменника……………………………………………..29
3.5 Требуемая поверхность теплообмена……………………………………………..34
ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………………………35
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ…………………………………..36
ВВЕДЕНИЕ
В ряде производств химической, нефтяной, пищевой и других отраслей промышленности в результате различных технологических процессов получают смеси жидкостей, которые необходимо разделить на составные части.
Для разделения смесей жидкостей и сжиженных газовых смесей в промышленности применяют способы простой перегонки (дистилляции), перегонки под вакуумом и с водяным паром, молекулярной перегонки и ректификации. Ректификацию широко используют в промышленности для полного разделения смесей летучих жидкостей, частично или целиком растворимых одна в другой.
Сущность процесса ректификации сводится к выделению из смеси двух или в общем случае нескольких жидкостей с различными температурами кипения одной или нескольких жидкостей в более или менее чистом виде. Это достигается нагреванием и испарением такой смеси с последующим многократным тепло- и массообменом между жидкой и паровой фазами; в результате часть легколетучего компонента переходит из жидкой фазы в паровую, а часть менее летучего компонента – из паровой фазы в жидкую.
Процесс ректификации осуществляют в ректификационной установке, включающей ректификационную колонну, дефлегматор, холодильник-конденсатор, подогреватель исходной смеси, сборники дистиллята и кубового остатка. Дефлегматор, холодильник-конденсатор и подогреватель представляют собой обычные теплообменники. Основным аппаратом установки является ректификационная колонна, в которой пары перегоняемой жидкости поднимаются снизу, а навстречу парам сверху стекает жидкость, подаваемая в верхнюю часть аппарата в виде флегмы. В большинстве случаев конечными продуктами являются дистиллят (сконденсированные в дефлегматоре пары легколетучего компонента, выходящие из верхней части колонны) и кубовый остаток (менее летучий компонент в жидком виде, вытекающий из нижней части колонны).
Процесс ректификации может протекать при атмосферном давлении, а также при давлениях выше и ниже атмосферного. Под вакуумом ректификацию проводят, когда разделению подлежат высококипящие жидкие смеси. Повышенные давления применяют для разделения смесей, находящихся в газообразном состоянии при более низком давлении. Степень разделения смеси жидкостей на составляющие компоненты и чистота получаемых дистиллята и кубового остатка зависят от того, насколько развита поверхность фазового контакта, а следовательно, от количества орошающей жидкости (флегмы) и устройства ректификационной колонны.
Расчет ректификационной колонны сводится к определению ее основных геометрических размеров – диаметра и высоты.
В промышленности применяют колпачковые, ситчатые (рисунок 1), насадочные, пленочные трубчатые колонны и центробежные пленочные ректификаторы. Они различаются в основном конструкцией внутреннего устройства аппарата, назначение которого — обеспечение взаимодействия жидкости и пара. Это взаимодействие происходит при барботировании пара через слой жидкости на тарелках (колпачковых или ситчатых) либо при поверхностном контакте пара и жидкости на насадке или поверхности жидкости, стекающей тонкой пленкой.
Рисунок 1 – Схема ситчатой ректификационной колонны
Ситчатые колонны применяют главным образом при ректификации спирта и жидкого воздуха. Допустимые нагрузки по жидкости и пару для них относительно невелики, и регулирование режима их работы затруднительно. Массо- и теплообмен между паром и жидкостью в основном происходят на некотором расстоянии от дна тарелки в слое пены и брызг. Давление и скорость пара, проходящего через отверстия сетки, должны быть достаточны для преодоления давления слоя жидкости на тарелке и создания сопротивления ее отеканию через отверстия. Ситчатые тарелки необходимо устанавливать строго горизонтально для обеспечения прохождения пара через все отверстия тарелки, а также во избежание стекания жидкости через них. Обычно диаметр отверстий ситчатой тарелки принимают в пределах 0,8—3,0 мм.
Все ректификационные установки, независимо от типа и конструкции колонн, классифицируют на установки периодического и непрерывного действия.
Колонны непрерывного действия состоят из нижней (исчерпывающей) части, в которой происходит удаление легколетучего компонента из стекающей вниз жидкости, и верхней (укрепляющей) части, назначение которой—обогащение поднимающихся паров легколетучего компонента. Схема установки непрерывной ректификации отличается от периодической тем, что питание колонны начальной смесью определенного состава происходит непрерывно с постоянной скоростью; готовый продукт постоянного качества также непрерывно отводится.
Размеры и конструкции перегонного куба, дефлегматора и концевого холодильника зависят от производительности установки, физических свойств перегоняемой смеси и режима процесса (периодический или непрерывный).
Ректификационные установки снабжают также приборами для регулирования и контроля режима работы и нередко аппаратами для утилизации тепла
1 Описание технологической схемы
Технологическая схема является технологической схемой непрерывной ректификационной установки (Приложение 1). Данная схема применяется в крупнотоннажных производствах.
Исходная смесь поступает сначала в емкость E1, далее при помощи насосов H1 и Н2 она поступает в подогреватель П. Смесь, нагретая до температуры кипения направляется в ректификационную колонну КР. В колоне смесь поступает на тарелку питания, стекает в куб, где частично испаряется в кипятильнике К. Образующийся пар, обогащенный высококипящим компонентом, поднимается вверх. На каждой тарелке пар контактирует со стекающей жидкостью, при этом частично конденсируется, обогащаясь низкокипящим компонентом.
Пар, выходящий из колонны, поступает в дефлегматор Д, где полностью конденсируется. Конденсат с помощью разделителя Р разделяется на дистиллят (верхний продукт) и флегму. Верхний продукт поступает в холодильник. Флегма возвращается обратно в колонну на верхнюю тарелку для создания потока жидкости в укрепляющей части колонны.
Достоинства данной схемы:
- постоянство параметров ( G, t, C) во времени;
- простота автоматизации процесса;
- высокая производительность;
- меньший расход теплоты.
Недостатки схемы заключается в сложности схемы и высокой стоимости.
2 РАСЧЕТ ОСНОВНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
2.1 Материальный баланс установки
Схема материальных потоков ректификационной установки (рисунок 2).
Рисунок 2 – Схема материальных потоков ректификационной установки
Расход дистиллята находим из уравнения материального баланса.
Уравнение общего материального баланса установки в массовых величинах без учета потерь:
, (1)
, (2)
где – массовый расход исходного раствора, кг/с;
– массовый расход верхнего продукта (дистиллята), кг/с;
– общее количество нижнего продукта (кубового остатка), кг/с;
– массовая концентрация исходного раствора, %;
– массовая концентрация верхнего продукта (дистиллята), %;
– массовая концентрация нижнего продукта (кубового остатка), %.
Секундный расход исходной смеси:
(кг/с)
Расход верхнего продукта:
(3)
(кг/с)
Расход нижнего продукта:
(4)
(кг/с)
2.2 Пересчет массовых долей в мольные
Формула для пересчета массовых долей в мольные:
, (5)
где – концентрация в молярных долях, % мол;
– концентрация в массовых долях, %;
– молярная масса низкокипящего компонента, кг/кмоль;
– молярная масса высококипящего компонента, кг/кмоль.
Низкокипящий компонент – вода, кг/кмоль; высококипящий компонент – уксусная кислота, кг/кмоль.
мол;
мол;
мол.
2.3 Определение оптимального флегмового числа
Строим кривую равновесия х-у системы вода – уксусная кислота (рисунок 3) по справочным данным в таблице 1.
Рисунок 3 – Кривая равновесия
Таблица 1 – Равновесные составы жидкости и пара для бинарной смеси [1, c.46]
х |
y |
t, 0C |
мол. % |
||
0 |
0 |
118,1 |
5 |
9,2 |
115,4 |
10 |
16,7 |
113,8 |
20 |
30,3 |
110,1 |
30 |
42,5 |
107,5 |
40 |
53,0 |
105,8 |
50 |
62,6 |
104,4 |
60 |
71,6 |
103,3 |
70 |
79,5 |
102,1 |
80 |
86,4 |
101,3 |
90 |
93,0 |
100,6 |
100 |
100,0 |
100,0 |
Определяем минимальное флегмовое число:
, (6)
где – концентрация пара , равновесная с концентрацией исходной смеси, %.
%.
.
Рабочее флегмовое число:
Принимаем =1,7