Спроектировать ректификационную установку для разделения бензол – толуол (стр. 1 из 3)
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
АНГАРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ
КАФЕДРА МАШИН И АППАРАТОВ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ
КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
по процессам и аппаратам химической технологии на тему:
«Спроектировать ректификационную установку для разделения
бензол – толуол»
Проектировал студент
гр. Мху – 06 – 1
Руководитель проекта
Подоплелов Е. В.
Ангарск, 2009
СОДЕРЖАНИЕ
1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА
2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ АППАРАТА
2.1 Материальный баланс колонны
2.2 Пересчет массовых долей
2.3 Расчет рабочего флегмового числа
2.4 Расчет физико-химических параметров процесса колонны
2.5 Определение диаметра колонны
2.6 Определение тангенса угла наклона
2.7 Определение высоты колонны
2.8 Гидравлический расчет колонны
2.9 Расчет патрубков
2.10 Расчет кипятильника
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Ректификация – частичное или полное разделение гомогенных жидких смесей на компоненты в результате различия их летучести и противоточного взаимодействия жидкости, получаемой при конденсации паров, и пара, образующегося при перегонке.
Ректификация широко распространена в химической технологии и применяется для получения разнообразных продуктов в чистом виде, а также для разделения газовых смесей после их сжижения (разделение воздуха на кислород и азот, разделение углеводородных газов и др.).
Процесс ректификации не применяется при разделении чувствительных к повышенным температурам веществ, при извлечении ценных продуктов или вредных примесей из сильно разбавленных растворов, разделении смесей близкокипящих компонентов.
Технологическая схема процесса ректификации представленная на рис.1.
Исходную смесь из промежуточной емкости-1 центробежным насосом-2 подают в теплообменник-3, где подогревают до температуры кипения и подают в колонну на ту тарелку, где кипит смесь того же состава хF, т.е. на верхнюю тарелку нижней исчерпывающей части колонны. Верхняя часть колонны называется укрепляющей по легколетучему компоненту.
Внутри ректификационной колонны-4 расположены контактные устройства в виде тарелок или насадки. Снизу вверх по колонне движется пар, поступающий из выносного куба – испарителя (кипятильника)-5 (куб – испаритель может размещаться и непосредственно под колонной). На каждой тарелки происходит частичная конденсация пара труднолетучего компонента и за счет конденсации – частичное испарение легколетучего компонента. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка хW, т.е. обеднен легколетучим компонентом. Таким образом, пар, выходящий из куба – испарителя и представляющий собой почти чистый труднолетучий компонент, по мере движения вверх обогащается легколетучим компонентом и покидает колонну в виде почти чистого пара легколетучего компонента. Для полного обогащения верхнюю часть колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом жидкостью (флегмой) состава хР, получаемой в дефлегматоре-6 путем конденсации пара, выходящего из колонны. Пар конденсируется в дефлегматоре, охлаждаемом водой. Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения – дистиллята, который охлаждается в теплообменнике-7 и направляется в промежуточную емкость-8. Флегма, стекая по колонне и взаимодействуя с паром, обогащается труднолетучим компонентом.
Из куба – испарителя отводят нижний продукт или кубовый остаток.
Из кубовой части колонны насосом-9 непрерывно выводится кубовая жидкость – продукт, обогащенный труднолетучим компонентом, который охлаждается в теплообменнике-10 и направляется в емкость-11.Рис. 1. Технологическая схема ректификационной установки
2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ АППАРАТА
2.1 Материальный баланс колонны
Производительность колонны по дистилляту Р и кубовому остатку Wопределяется из уравнений материального баланса:
,где F, Р, W – расход исходной смеси, дистиллята, кубового остатка, кг/с;
ХF, ХР, ХW – концентрация низкокипящего компонента в исходной смеси, кубовой остатке и дистилляте.
F = 10000 кг/ч = 2,78 кг/с
= 1,26 кг/сW= 2,78 – 1,26 = 1,52 кг/с
Пересчет массовых долей в мольные:
,где MA и MБ – молярные массы низкокипящего (бензол) и высококипящего (толуол) компонентов, кг/кмоль.
2.3 Расчет рабочего флегмового числа
Для технологического расчета ректификационной колонны необходимо построить равновесную зависимость между жидкостью и паром для смеси в координатах У–Xи t–X,У.
Определяем минимальное флегмовое число:
– концентрация легколетучего компонента в паре, находящегося в равновесии с исходной смесью XF(графика У–X). = 70,5 %Рабочее флегмовое число определяется как
,где β – коэффициент избытка флегмы (β = 1,02÷3,5).
Определяется рабочее флегмовое число R, отрезок B, число теоретических тарелок в колонне nT, путем вписывания «ступенек» между равновесной и рабочими линиями. Рабочие линии строятся для каждого отрезка
. Результаты расчетов заносим в таблицу 2.Таблица 2
| β | R | В | nТ | пТ (R + 1) |
| 1,2 | 1,56 | 38,4 | 17,8 | 45,57 |
| 1,5 | 1,95 | 33,3 | 14,2 | 41,89 |
| 1,8 | 2,34 | 29,4 | 12,5 | 41,75 |
| 2,5 | 3,25 | 23,1 | 11 | 46,75 |
| 3,5 | 4,08 | 19,4 | 10,3 | 52,33 |
| 4,5 | 5,4 | 15,4 | 9,5 | 60,8 |
Строится график в координатах
и из точки минимума на кривой определяется оптимальное рабочее флегмового число R: Rопт = 2,2 при 
2.4 Расчет физико-химических параметров процесса колонны
Средние массовые расходы жидкости для верхней и нижней частей колонны определяются из соотношений:
LB = P · R = Ф = 4421 · 2,2 = 9726,2 кг/ч
LH = Ф + F = P · R + F = 9726,2 + 10000 = 19726,2 кг/ч
Средний расход пара по колонне постоянен:
G =P · (R + 1) = 4421 · (2,2 + 1) = 14147,2 кг/ч
средние концентрации жидкости:
средние концентрации пара:
где
; 
; 
(график Х-У).По диаграмме
при средних концентрациях пара и жидкости определяются средние температуры пара, °С: 
а) средние мольные массы жидкости:
; 
б) средние мольные массы пара:
; 
в) средние плотности пара:
; 
,г) средние плотности жидкости:
; 
,где ρ1и ρ2 – плотности массы соответственно низкокипящего и высококипящего компонентов при температурах
= 88,5ºС и 
= 103ºС