Дипломная работа: Расчет ректификационной установки для разделения бинарной смеси ацетон-бензол
Дипломная работа: Расчет ректификационной установки для разделения бинарной смеси ацетон-бензол
Московская Государственная Академия
Тонкой Химической Технологии
им. М.В. Ломоносова
Кафедра процессов и аппаратов химических технологий
Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту
по расчету ректификационной установки
Студент: гр.
ХТ-405
Руководитель:
Москва 2002
ПЛАН
ВВЕДЕНИЕ
Цель и задачи курсового проектирования
Описание технологической схемы
Выбор конструкционного материала
Расчет контактных устройств6
Расчет потоков дистиллята и кубового остатка
РАСЧЕТ ГАБАРИТОВ КОЛОННЫ
Расчет габаритов верха колонны
Расчет габаритов низа колонны
Расчет гидравлического сопротивления колонны
РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННОЙ АППАРАТУРЫ
Диаметры штуцеров
Расчет кубового испарителя
Расчет конденсатора-дефлегматора
Подогреватель исходной смеси
Водяной холодильник дистиллята
Водяной холодильник кубового остатка
Расчет и выбор конденсатоотводчиков
Расчет емкостных аппаратов
Расчет тепловой изоляции
Расчет центробежного насоса
Расчет толщины обечайки
Список использованной литературы
Введение
Ректификация - один из самых распространенных
технологических процессов в химической, нефтеперерабатывающей и, во многих
других отраслях промышленности.
Ректификация - это процесс разделения бинарных или
многокомпонентных паровых, а также жидких смесей на практически чистые
компоненты или их смеси, обогащенные легколетучими или тяжелолетучими компонентами;
процесс осуществляется в результате контакта неравновесных потоков пара и
жидкости.
Характерной особенностью процесса ректификации являются
следующие условия образования неравновесных потоков пара и жидкости, вступающих
в контакт: при разделении паровых смесей неравновесный поток жидкости
образуется путем полной или частичной конденсации уходящего после контакта
потока пара, в то время как при разделении жидких смесей неравновесный паровой
поток, образуется путем частичного испарения уходящей после контакта жидкости.
Вследствие указанных особенностей проведения процесса неравновесные потоки пара
и жидкости, вступающие в контакт, находятся в состоянии насыщения, при этом пар
более нагрет, нежели жидкость, и в нем содержится больше тяжелолетучих компонентов,
чем в жидкости. После контакта пар обогащается легколетучими, а жидкость -
тяжелолетучими компонентами за счет взаимного перераспределения компонентов
между фазами.
Цель и задачи курсового проектирования
Курсовой проект базируется не только на теории процессов и
аппаратов химической технологии, но и на ряде предшествующих дисциплин
(графика, техническая механика, физическая химия). Качество проекта зависит от
уровня овладения знаниями по указанным дисциплинам, от умения пользоваться
технической литературой и от проявленной при проектировании инициативы.
Целью курсового проектирования является закрепление знаний,
приобретенных при изучении перечисленного ряда дисциплин, а также привитие
навыков комплексного использования полученных теоретических знаний для решения
конкретных задач по аппаратному оформлению технологических процессов.
Курсовой проект состоит из расчетно-пояснительной записки и
чертежей проектируемой установки на двух листах стандартного размера - 814х576.
На первой листе помещаются общий вид основного аппарата установки с достаточным
количеством проекций (продольные и поперечные разрезы) и наиболее важные узлы.
На втором листе приводится технологическая схема установки.
Описание технологической схемы
Исходную смесь из емкости Е1 центробежным насосом Н1 подают
в теплообменник - подогреватель исходной смеси П, где она нагревается до
температуры кипения. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную
колонну КР на тарелку питания, где состав жидкости равен составу исходной смеси
х1.
Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с
поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении жидкости в кубовом
испарителе К. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка хо,
т.е. обеднен легколетучим компонентом. В результате массообмена с жидкостью пар
обогащается легко летучим компонентом. Для более полного обогащения верхнюю
часть колонны орошают, в соответствии с заданным флегмовым числом жидкостью
(флегмой) состава х2, получаемой в дефлегматоре Д путем конденсации пара,
выходящего из колонны. Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде
готового продукта разделения - дистиллята, который охлаждается в теплообменнике
- холодильнике дистиллята Х2 и направляется в емкость Е3.
Из кубовой части колонны насосом непрерывно выводится
кубовая жидкость - продукт, обогащенный труднолетучим компонентом, который
охлаждается в теплообменнике - холодильнике кубового остатка Х1 и направляется
в емкость Е2.
Таким образом, в ректификационной колонне осуществляется
непрерывный процесс разделения исходной бинарной смеси на дистиллят (с высоким
содержанием легколетучего компонента) и кубовый остаток (обогащенный
труднолетучим компонентом).
Выбор конструкционного материала
Материал для изготовления колонн и теплообменной аппаратуры
выбирается в соответствии с условиями их эксплуатации (прочность, механическая
обработка, свариваемость). Главным же требованием является их коррозийная
стойкость. Последняя оценивается в зависимости от скорости коррозии.
Предпочтительны материалы, скорость коррозии которых не
превышает 0,1-0,5 мм/год, а по возможности - более стойкие (скорость коррозии
0,01-0,05 мм/год).
Сталь марки ОХ17Т обладает повышенной сопротивляемостью
межкристаллической коррозии и устойчива как к ацетону, так и к бензолу. Для
трубопроводов выберем марку Х17.
Стали удовлетворительно обрабатываются резанием и обладают
удовлетворительной свариваемостью.
Сталь ОХ17Т (ГОСТ 5632-61)
l=25,1 Вт/м·Кr=7700 кг/м3
Сталь Х17 (ГОСТ 5632-61) [6, стр.281, 282]
l=25,1 Вт/м·Кr=7750 кг/м3
Равновесные данные:
Смесь: Ацетон - Бензол.
x |
y |
t |
0 |
0 |
86,1 |
1 |
3,52 |
79,2 |
5 |
14,96 |
76,35 |
10 |
25,31 |
73,6 |
20 |
46,3 |
69,7 |
30 |
51,47 |
66,75 |
40 |
60,3 |
64,5 |
50 |
67,85 |
62,65 |
60 |
74,64 |
61 |
70 |
81 |
59,6 |
80 |
87,37 |
58,35 |
90 |
93,71 |
57,25 |
95 |
96,87 |
56,7 |
99 |
99,37 |
56,27 |
100 |
100 |
56,18 |
1) По
равновесным данным необходимо построить диаграммы T(x,y) и (x,y) для смеси
ацетон-бензол.
А є Ацетон Ма = 46 кг/кмоль
Б є БензолМб = 78 кг/кмоль
2)
Пересчитываем известные концентрации а0, а1 и а2 в x0, x1 и x2:
3) Расчет
минимального флегмового числа:
определяем по
диаграмме (x,y) по x1:
» 44
4) Расчет
рабочего флегмового числа:
R=sЧRmin=1,2*2,45=2,94
5) Расчет
отрезка "b" для построения рабочей линии укрепляющей части колонны:
6)
Построение рабочей линии на диаграмме (x,y) и определение числа теоретических
тарелок:
nут=5nот=11
Для расчета
числа реальных тарелок необходимо найти их КПД.
7) Расчет
КПД тарелок:
Расчет
ведется для питающей тарелки
х1=0,23
моль/моль
Поскольку
смесь подается при температуре кипения, t1 определяется по диаграмме Т(х, у) по
х1.
t1»68,8°C
При этой
температуре определяется давление насыщенных паров компонентов:
Рa»1100 мм Hg
Рб»31 мм Hg
Необходимо
рассчитать коэффициент относительной летучести:
Вязкость
жидкой смеси:
mА и mВ определяются при t1 = 68,8°С:
ma » 0,22 сп
mб » 0,36 сп
aЧmсм=35,5*0,315=11,18
Средний КПД
тарелок по диаграмме:
h » 0,25
8) Расчет
числа реальных тарелок:
Nобщ=20+44=64
Расчет
потоков дистиллята и кубового остатка
По правилу
рычага второго рода:
П(а2-а0)
=W1(a1-a0)
Проверка:
П+W0=W1
0,30+1,9=2,2
кг/с
Расчет
габаритов колонны
Расчет
габаритов верха колонны:
=П(R+1)
Рекомендуемая
скорость пара равна:
а) Расчет
плотности жидкости:
ra и rб определяются при температуре дистиллята tд=t2»68,8 (по диаграмме Т(х, у)):
ra » 719 кг/м3
rб » 805 кг/м3
б) Расчет
плотности пара:
pu=RT2
Страницы: 1, 2
|