Расчет ректификационной установки для разделения бинарной смеси ацетон-бензол (стр. 1 из 4)
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)):