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

в) Расчет рекомендуемой скорости пара:

»1,04м/с

Расчет габаритов низа колонны.

Рекомендуемая скорость пара рассчитывается при температуре t0»77°C (диаграмма T(x,y))

а) Расчет плотности жидкости:

ra»724кг/м3

rб»818кг/м3

б) Расчет плотности пара:

Рекомендуемая скорость пара:

 м/с

в) Расчет :

Расчет rкуб производится по принципу аддитивности:

rкуб=raЧa0+ rбЧ(1-a0)

 при t0=77°С

rкуб=500*0,025+396Ч(1-0,025) »398,6кДж/кг

Расчет Qкип.

Qкип=W0Чc0Чt0-W1Чc1Чt1+П(RЧrд+iп)

По диаграмме Т(x,y) определяем:

- по х1t1=63,8°C  - по х2t2=56,7°C  - по х0t0=77°C

Вычисляем теплоемкости смеси при разных температурах:

Страницы: 1, 2