Дипломная работа на тему: Технологические расчеты. Расчет ректификационной колонны. Материальный баланс колонны

Введение

В химической, нефтехимической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности часто возникает необходимость разделить смеси двух или большего числа жидкостей на отдельные составляющие. Наиболее характерным примером является разделение нефтепродуктов на отдельные фракции, обладающие различными летучестями.

Процесс разделения основан на том, что все жидкости, составляющие смеси, имеют разные летучести или, иначе говоря, - разные температуры кипения при одинаковом внешнем давлении. Следствием такого свойства жидкостей является различное количество паров компонентов над жидкой смесью. Пары над смесью оказываются обогащенными парами более летучих компонентов. Если смесь таких паров отделить от жидкой фазы и полностью сконденсировать, то состав полученного конденсата будет таким же, что и состав паров. Следовательно, новая жидкая смесь окажется в большей степени обогащенной относительно более летучим компонентом по сравнению с исходной жидкой смесью.

Для этого широко применяют ректификацию, которая осуществляется в аппаратах, называемых ректификационными колоннами. Они бывают с непрерывным контактом фаз - насадочные колонны, и со ступенчатым контактом фаз - аппараты тарельчатого типа (с колпачковыми, ситчатыми, клапанными и решетчатыми тарелками).

Основной объем насадочной колонны заполняется беспорядочно насыпанной дисперсной насадкой, т.е. твердым материалом, химически инертным по отношению к обеим фазам и к целевому компоненту (кольца Рашига, Седла Берля, Инталокс и др.). Назначение слоя насадки - создание значительной поверхности контакта жидкой и газовой фаз в результате стекания жидкости по всей поверхности элементов насадки в виде пленки и прохождения газового потока в пустотах между элементами насадки и внутри них. Поверхность контакта фаз приблизительно равна суммарной поверхности насадки.

В тарельчатой колонне жидкая и газовая фазы контактируют только на тарелках, где газ барботирует через слой жидкости. Жидкость перетекает с верхней тарелки на нижнюю по вертикальным перетокам, а газовая фаза проходит снизу вверх через отверстия тарелок и всплывает в слоях жидкости в виде многочисленных пузырьков. Поверхностью контакта фаз является суммарная поверхность всех газовых пузырьков, в слоях жидкости на тарелках.

Подлежащая разделению бинарная смесь начального состава вводится на некоторую промежуточную по высоте колонны тарелку (или промежуточную точку по высоте насадочной колонны). Смесь подается при температуре ее кипения (или близкой к ней). В кубе-испарителе из кипящей в нем кубовой жидкости непрерывно образуется пар. Чтобы поддержать энергоемкий процесс парообразования, в куб необходимо подавать греющий водяной пар, при конденсации которого выделяется необходимая теплота. Образующиеся в кубе-испарителе пары движутся вверх, вступают в контакт с жидкой фазой, обогащаются летучим компонентом. При этом жидкость обедняется им. Пройдя весь путь пар поступает в дефлегматор, где конденсируется, делится на два потока (флегму и дистиллят). Флегма возвращается в колонну, чтобы паровому потоку было из чего извлекать летучий компонент, обедняется более летучим компонентом и приходит в куб-испаритель. Таким образом, в ректификационной колонне осуществляется непрерывный процесс разделения подаваемой в колонну исходной смеси на дистиллят и кубовый остаток. Основные достоинства насадочных колонн - способность работать при больших нагрузках по жидкости, на потоках жидкости и пара, содержащих механические примеси, на агрессивных потоках. Эти колоны просты по монтажу и изготовлению, долговечны.

Оглавление

- Введение

- Технологические расчеты

- Расчет ректификационной колонны

- Материальный баланс колонны

- Определение массовых и объёмных расходов пара и жидкости

- Гидравлический расчет колонны

- Определение рабочей скорости пара

- Определение диаметра колонны и плотности орошения

- Гидравлическое сопротивление 1 м насадки

- Определение активной поверхности насадки

- Расчет высоты колонны

- Тепловой баланс ректификационной колонны

- Расчет теплообменных аппаратов, входящих в общую схему работы ректификационной колонны

- Расчет теплообменного аппарата для подогрева исходной смеси водой

- Расчет конденсатора-дефлегматора

- Расчет куба-испарителя

- Расчет холодильников для охлаждения продуктов ректификации Вывод

- Список литературы

- Приложения

Список литературы

Объемный расход воздуха:

Так как подробный расчет не требуется, то по справочным данным принимаем коэффициент теплопередачи , и находим расчетное значение теплообменной поверхности по формуле:

. С запасом 10% это будет: .

Выбираем теплообменник диаметром 1000 мм с трубами 25*2 мм длиной 3м. Запас поверхности равен:

Следует отметить, что в двух последних холодильниках смеси, текущие в трубном пространстве, имеют очень маленькую скорость, зато охлаждающий воздух имеют очень даже невысокую скорость, и также необходимо всего один аппарат.

Вывод

В данном курсовом проекте рассмотрены основные узлы ректификационной установки для непрерывного разделения смеси ацетон-метиловый спирт. Установка имеет производительность: по исходной смеси 6.6 т/ч, по дистилляту 2.37 т/ч, по кубовому остатку 4.23 т/ч.

В состав установки входят:

1. Колонна насадочная высотой 34.8 м, диаметром 1.4 м, насадка - седла Берля 38мм.

Подогреватель исходной смеси: Кожухотрубчатый теплообменник диаметром 325 мм с трубами 25*2 мм, длиной 4м, двухходовой, один (ГОСТ 15120-79).

Конденсатор-дефлегматор: Конденсатор диаметром 1400 мм с трубами 20*2 мм, длиной 6м, двухходовой, четыре шт (ГОСТ 15121-79).

Куб - испаритель: Испаритель диаметром 1000мм с трубами 25*2мм, длиной 3м, один (ГОСТ 15119-79).

Холодильник дистиллята: Теплообменник диаметром 600 мм с трубами 20*2 мм, длиной 4м, один (ГОСТ 15120-79).

Холодильник кубового остатка: Теплообменник диаметром 1000 мм с трубами 25*2 мм, длиной 3м, один (ГОСТ 15120-79).

Расходы теплоносителей:

Горячей воды - 80т/ч.

Воздуха - 52м3/с.

Описание технологической схемы:

Исходная смесь из промежуточной ёмкости Е1 центробежным насосом Н1 подаётся в теплообменник Т1, где она подогревается до температуры кипения. Нагретая смесь поступает на разделение в середину ректификационной колонны РК, где состав жидкости равен составу исходной смеси.

Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в испарителе И. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка, т.е. обеднен легколетучим компонентом. В результате массообмена с жидкостью пар обогащается легколетучим компонентом. Для более полного обогащения верхнюю часть колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом жидкостью (флегмой), получаемой в дефлегматоре Д путём конденсации пара, выходящего из колонны. Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения - дистиллята, который охлаждается в теплообменнике Х1 и направляется в промежуточную ёмкость Е2.

Из кубовой части колонны насосом непрерывно выводится кубовая жидкость - продукт, обогащённый труднолетучим компонентом, который охлаждается в теплообменнике X2 и направляется в ёмкость Е3.

Таким образом, в ректификационной колонне осуществляется непрерывный процесс разделения исходной бинарной смеси на дистиллят (с высоким содержанием легколетучего компонента) и кубовый остаток (обогащённый труднолетучим компонентом).

Список литературы

1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии.10-е изд., перераб. и доп.Л. .: Химия, 1987.576 с.

2. Рамм В.Н. Абсорбция газов.2-е изд., перераб. и доп. М.: Химия, 1976.656 с.

3. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию / Под ред. Ю.И. Дытнерскоо. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Химия, 1991.494 с.

4. Касаткин А.Г. Процессы и аппараты химической технологии.9-е изд., перераб. и доп. М.: Химия, 1973.754 с.

5. Фролов В.Ф. Лекции по курсу "Процессы и аппараты химической технологии". - СПб.: ХИМИЗДАТ, 2003. - 608 с.

6. Александров А.И. ректификационные и абсорбционные установки: Методы расчета и основы конструирования.3-е изд., перераб. и доп. М.: Химия, 1978.280 с.

7. Проектирование тепло - и массообменной аппаратуры химической промышленности. Учебное пособие/ Сост. Яблонский П.А., Озерова Н.В.С. - П. техн. инст. 1993.92 с.

8. Курсовое проектирование по процессам и аппаратам химической технологии. Краткие справочные данные: Метод. указания/ ЛТИ им. Ленсовета. - Л.: 1989.40 с.

9. Конструирование и основные размеры кожухотрубчатых теплообменных аппаратов: Методические указания для студентов дневного и вечернего отделения химико-технологических специальностей. - СПб.: Изд-во СПбГУЭФ, 1999. - 66 с.

10. Марков А.В. Маркова А.В. Неразборные теплообменники "труба в трубе" (конструкции и основные размеры): Метод. указания/ СПб.: СПбГТИ (ТУ), 2001. - 30 с.

11. А.И. Волжинский, В.А. Константинов. Ректификационные насадочные колонны (часть 1): Учебное пособие. - СПб.: СПбГТИ (ТУ), 2003. - 27 с.