Ректификационная установка для разделения смеси этиловый спирт-ацетон

  МО                                                                                                                     РБ

 

УО «Полоцкий государственный  университет»

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                              Кафедра  химической техники

 

 

 

 

Расчетно-пояснительная  записка

 

по дисциплине: «Процессы  и аппараты химической технологии»

 

на тему: «Ректификационная установка для разделения

смеси этиловый спирт-ацетон.

 

 

 

 

 

 

        Выполнил                                                                           Буценко И.А.                                           

 

        Проверил                                                                            Ельшина И.А.

                                                     

 

 

 

         «___» _______________

 

 

 

 

 

 

Новополоцк 2006 
Содержание

 

Введение.                                                                                  3

 

1. Материальный баланс                                                           4

 

2. Построение равновесной и рабочей линии

и диаграммы                                                                   5

 

3. Определение скорости пара и диаметра колонны.                 6

 

4. . Определение числа тарелок и высоты колонны

и давления в кубе колонны.                                                       8

 

5. . Расчёт гидравлического сопротивления тарелок                 10

 

6. Расчет теплового баланса колонны.                                    13

 

7. Расчет и подбор подогревателя сырья,

дефлегматора  и кипятильника.                                              16

 

7.1 Расчет и подбор подогревателя сырья.                              16

7.2 Расчет и подбор конденсатора.                                          17

7.32 Расчет  и подбор кипятильника.                                        18

 

8. Расчет и подбор сырьевого насоса.                                      21

 

9. . Расчёт и подбор штуцеров                                                 24

 

Список использованных источников                                                            26

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Ректификация – массообменный процесс, который осуществляется в большинстве случаев в противоточных колонных аппаратах с контактными элементами (насадки, тарелки), аналогичными используемым в процессе абсорбции. Поэтому методы подхода к расчёту и проектированию ректификационных и абсорбционных установок имеют много общего. Тем не менее, ряд особенностей процесса ректификации (различное соотношение нагрузок по жидкости и пару в нижней и верхней частях колонны, переменные по высоте колонны физические свойства фаз и коэффициент распределения, совместное протекание процессов массо - и теплопереноса) осложняет расчёт.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС

 

Уравнение материального баланса составляем на основании задания:

производительность:

концентрации НКК (% масс.): .

Смесь подается в колонну при температуре начала кипения.

        (7.4 [1])

        (7.5 [1]),

где – массовые расходы жидкости питания, дистиллята и кубового остатка соответственно.

,

.

Для дальнейших расчётов необходимо перевести массовые концентрации НКК в мольные.

Питание:

;

Дистиллят:

;

Кубовый остаток:

.

 

2. ПОСТРОЕНИЕ РАВНОВЕСНОЙ И РАБОЧЕЙ ЛИНИИ

И ДИАГРАММЫ

 

Экспериментальные данные по концентрации НКК, в зависимости от температуры  смеси ацетон - этанол.

 

	Мольные доли ацетон
	в жидкости	в паре
78,3	0	0
75,4	5	15,5
73	10	26,2
69	20	41,7
65,9	30	52,4
63,6	40	60,5
61,8	50	67,4
60,4	60
59,1	70	80,2
58	80	92,9
57	90	92,9
56,1	100	100

По этим данным строим диаграмму  и равновесную линию .

Относительный мольный расход питания:

Определяем минимальное  число флегмы по уравнению (7.10 [1]):

где –определяем по диаграмме .

Рабочее число флегмы по уравнению (7.12  [1]):

Уравнения рабочих линий:

а) верхней (укрепляющей) части колонны

 

б) нижней (исчерпывающей) части колонны

 

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ПАРА И ДИАМЕТРА КОЛОННЫ

 

Средние концентрации жидкости:

а) в верхней части колонны

б) в нижней части колонны

Средние концентрации пара находим по уравнениям рабочих линий:

а) в верхней части  колонны

б) в нижней части колонны

Средние температуры пара определяем по диаграмме :

а) при      

б) при     

Средние молярные массы и плотности  пара:

а) в верхней части колонны

 

б) в нижней части колонны

Средняя плотность пара в колонне:

Плотности жидких ацетона и этилового спирта близки. Температура в верху колонны при равняется ,а в кубе испарителе при она равна (график t-x,y).

Плотность жидкого ацетона при , а жидкого этилового спирта при (табл.IV[1])

Принимаем среднюю плотность жидкости в колонне

Принимаем расстояние между тарелками h=400мм. Для клапанных тарелок по графику (рис.7-2[1]) находим С=0.044.

Скорость пара в колонне по уравнению (7.17a [1]):

,

где – коэффициент, зависящий от конструкции тарелок, расстояния между тарелками, рабочего давления в колонне, нагрузки колонны по жидкости.

Объёмный расход проходящего  через колонну пара при средней температуре в колонне:

Диаметр колонны:

  

Принимаем .

Пересчитываем скорость пара в колонне:

   .

 

4РАСЧЁТ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ТАРЕЛОК Рассчитываем гидравлическое сопротивление тарелки в верхней и нижней части колонны:

      (1,6 [1]),

где - это сопротивление сухой тарелки, - сопротивление, вызываемое силами поверхностного натяжения, - это сопротивление парожидкостного слоя на тарелке.

а) верхняя часть колонны

Гидравлическое сопротивление  сухой тарелки:

      (1,61 [1]),

где - это коэффициент сопротивления не орошаемых тарелок со свободным сечением 13,23 (для клапанных тарелок ).

Сопротивление, обусловлены  силами поверхностного натяжения:

       (1,62 [1]),

где - максимальная высота клапана

а=19мм

Сопротивление парожидкостного  слоя на тарелке:

- высота слоя над сливной перегородкой.

      (1,65 [1]),

где - объемный расход жидкости, П – периметр сливной перегородки (принимаем равным 1,26), К – это отношение плотности пены к плотности жидкости (принимаем = 0,5).

- высота сливной перегородки  (принимаем равной 0,03) .

Объемный расход жидкости в нижней части колонны:

 

 

б)нижняя часть колонны

 

- поверхностное натяжение смеси  при температуре куба колонны  t=85,8 .

     (табл. 14 [1])

     (табл. 14 [1]).

.

Так как  сырье вводится в колонну в  жидком состоянии, то расход жидкости в нижней части колонны равен сумме расходов флегмы и сырья

Общее сопротивление  тарелок в нижней части колонны:

Проверим, соблюдается ли при расстоянии между  тарелками  необходимое для нормальной работы тарелок условие:

      (стр. 355 [1]).

Для тарелок, нижней части  колонны, у которых гидравлическое сопротивление больше чем у тарелок верхней части

 условия соблюдаются.

Проверим равномерность  тарелок:

Рассчитаем минимальную  скорость пара в отверстиях , достаточную для того, чтобы ситчатая тарелка работала всеми отверстиями:

     (стр.355 [1]).

Рассчитанная скорость .

Следовательно, тарелки  будут работать всеми отверстиями.

Давление в кубе:

 

 

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ТАРЕЛОК И ВЫСОТЫ КОЛОННЫ

 

Наносим на диаграмму у-х рабочие  линии верхней и нижней части  колонны и находим число ступеней изменения концентрации

В верхней части колонны  , в нижней части , всего 19 ступеней

Число тарелок рассчитывается по уравнению (7.19 [1])

     ,

где   - число ступеней изменения концентрации теоретическое,     - средний КПД тарелок.

Для определения среднего КПД тарелок находим коэффициент  относительной летучести разделяемых компонентов.

,        (стр. 356 [1]),

где - давление насыщенных паров ацетона, мм.рт.ст.,

- давление насыщенных паров  этилового спирта, мм.рт.ст.

Находим давление насыщенных паров  при температуре верха колонны (67 ).

     (табл. 9 [1]).

                                                (табл. 9 [1]).

Определяем динамический коэффициент  вязкости исходной смеси:

      (табл. 9 [1])

     (табл. 9 [1]).

Принимаем динамический коэффициент вязкости исходной смеси:

тогда

При определении среднего КПД тарелок в колоннах большого диаметра (с длинной пути жидкости ) используют формулу:

      (стр. 356 [1])

Поправку на длину  пути определяем по графику (7,5 [1]) для

Действительное число  тарелок в верхней части колонны

 

Действительное число  тарелок в нижней части колонны 

Число тарелок с запасом = 44 штук.

Высота колонны.

Высота колонны складывается из следующих величин:

– расстояние от верхней тарелки  до верха колонны,

.

– высота верхней тарельчатой  части,

.

– высота зоны питания,

.

– высота нижней тарельчатой части,