Ректификационная установка непрерывного действия (стр. 1 из 8)
Московская государственная академия
Тонкой химической технологии
им. М.В. Ломоносова
Кафедра процессов и аппаратов
Химической технологии
Пояснительная записка
к курсовому проекту по ПАХТу на тему:
“Ректификационная установка непрерывного действия
(тарельчатая (ситчатая) для разделения смеси:
метанол - вода”
Проект выполнил:
Группа: XT-308
Руководитель проекта: Зиновкина Т.В.
Москва
2001
СОДЕРЖАНИЕ:
Введение
Описание технологической схемы
Данные по равновесию смеси
Основные теплофизические характеристики потоков
Материальный баланс
Мольный расход питания
Минимальное флегмовое число
Рабочее флегмовое число
Уравнения рабочих линий
Определение скорости пара и диаметра колонны
Расчет средних величин по аддитивности
Тепловой баланс колонны
Диаметр колонны по условиям верха и низа
Скорость пара в колонне
Определение числа тарелок и высоты колонны
Число тарелок
Высота тарельчатой части
Высота колонны
Гидравлический расчет тарелок
Тепловой расчет установки
Дефлегматор – конденсатор
Куб – испаритель
Паровой подогреватель смеси
Водяной холодильник дистиллята
Водяной холодильник кубового остатка
Расход греющего пара
Расчет теплообменной аппаратуры
Расчет подогреваемой смеси
Расчет конденсатора – дефлегматора
Расчет испарителя (кипятильника)
Выбор емкостей
Емкость для хранения исходной смеси
Емкость для дистиллята
Емкость для кубового остатка
Расчет тепловой изоляции
Расчет центробежного насоса
Расчет потерь на трение и местные сопротивления
Выбор насоса
Расчет и подбор штуцеров
Штуцер для подачи исходной смеси
Штуцер для вывода паров дистиллята
Штуцер для вывода кубового остатка
Штуцер для ввода парожидкостной смеси в колонну из кипятильника
Штуцер для подачи жидкости в кипятильник
Расчет и подбор крышки
Расчет и подбор днища
Расчет и подбор обечайки
Расчет и подбор конденсатоотводчиков
Конденсатоотводчик для куба – испарителя
Конденсатоотводчик для подогревателя исходной смеси
Опора аппарата
Список литературы
Введение
Ректификация - один из самых распространенных технологических процессов в химической, нефтяной и других отраслях промышленности. Ректификация - процесс разделения бинарных или многокомпонентных паров, а также жидких смесей на чистые компоненты или их смеси.
Для разделения смесей используют ректификационные установки, представляющие собой ряд ступеней контакта, соединенный в противоточный разделительный каскад. Наиболее простое конструкционное оформление противоточного каскада достигается при движении жидкости.
В нефтяной, химической, нефтехимической и газовой промышленности распространены тарельчатые колонны.
Современные ректификационные аппараты должны обладать высокими разделительными способностями и производительностью, характеризоваться достаточной надежностью и гибкостью в работе, обеспечивать низкие эксплуатационные расходы, иметь небольшую массу и, наконец, быть конструкционно-простыми и несложными в изготовлении. Последние требования не менее важны, чем первые, поскольку они не только определяют капитальные затраты, но и в значительной мере влияют на себестоимость продукции, монтаж, ремонт, контроль, испытание и безопасную эксплуатацию оборудования.
Особое значение имеет надежность работы ректификационных аппаратов, установок, производящих сырье для нефтехимической промышленности. Ректификационные колонны должны отвечать требованиям государственных стандартов.
В качестве контактных устройств применяют различные типы тарелок. В данной установке используется ситчатая тарелка.
Расчет аппаратов выполняется с целью определения технологического режима процесса, основных размеров аппарата и его внутренних устройств, обеспечивающих заданную четкость разделения исходного сырья при заданной производительности. Технологический режим определяется рабочим давлением в аппарате, температурами всех внешних потоков, удельного расхода тепла и холода. Основными размерами аппарата являются его диаметр и высота.
В данной установке производится разделение бинарной смеси метанол-вода.
Описание технологической схемы.
Рис.1. Принципиальная схема ректификационной установки
1 - колонна, 2 - подогреватель исходной смеси, 3 - гребенка, 4 - кипятильник, 5 - конденсатор, 6,7 - холодильники, 8 - 10 - сборники;
/ - исходная смесь, // - дистиллят, III - кубовая жидкость, IV - пар, V - флегма, VI - теплоноситель, VII - охлаждающий агент
Принципиальная схема процесса непрерывной ректификации бинарных смесей показана на рис. Исходная смесь 1 подогревается в подогревателе 2 (предпочтительно до температуры кипения или близкой к ней) и через гребенку 3 (обеспечивающую возможность варьирования места подачи) подается в ректификационную колонну 1, внутри которой размещены контактные устройства (тарелки, насадка). Источником парового потока является кипятильник 4, источником жидкого потока - конденсатор 5. В схеме предусмотрены холодильники 6 и 7 продуктов, отбираемых сверху (поток II) и снизу (поток III), а также емкости исходной смеси и продуктов 8-10. Перекачивающие насосы на рисунке не показаны.
Принята следующая терминология основных потоков и узлов ректификационной установки:
· поток / носит естественное название - исходная смесь;
· поток II именуют дистиллятом (или дистиллатом);
· поток III называют кубовым остатком (или кубовой жидкостью);
· восходящий паровой поток IV так и называют: поток пара (иногда просто "пар");
· нисходящий жидкостной поток V (в том числе - возвращаемый сверху в колонну на орошение) именуют флегмой (иногда просто "жидкостью").
Тарелку, находящуюся в сечении подачи исходной смеси в колонну 7, называют тарелкой питания.
Часть колонны, находящаяся выше тарелки питания (на выходе из нее получается "крепкий" НКК), носит название укрепляющей части колонны (иногда - укрепляющей колонны).
Часть колонны, находящаяся ниже тарелки питания (в ней НКК отгоняется из жидкости, исчерпывается), носит название отгонной (реже - исчерпывающей) части колонны (иногда - отгонной или исчерпывающей колонны).
Генератор пара называют кипятильником, источник флегмы (чаще всего - и дистиллята) - конденсатором.
Равновесные данные системы метанол - вода при р = 1,013 ×105 Па
Таблица 1.
| x% | 0 | 5 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 100 |
| y% | 0 | 26,8 | 41,8 | 57,9 | 66,5 | 72,9 | 77,9 | 82,5 | 87 | 91,5 | 95,8 | 100 |
| t0C | 100 | 92,3 | 87,7 | 81,7 | 78 | 75,3 | 73,1 | 71,2 | 69,3 | 67,6 | 66 | 64,5 |
Исходные данные:
Производительность по исходной смеси
W1 = 7500 кг/час = 2,08 кг/с
концентрации низкокипящего компонента:
в исходной смеси а1 = 25% (мас),
в дистилляте а2 = 99,5% (мас),
в кубовом остатке а0 = 0,5% (мас).
Материальные балансы
W1 - массовый расход смеси,
П - массовый расход дистиллята,
W0 - массовый расход кубового остатка.
Составляем уравнения материального баланса ректификационной колонны непрерывного действия.
Баланс по всей смеси:
W1 - П - W0 = 0
Баланс по низкокипящему компоненту:
W1a1 - W0a0 - Пa2 = 0
кг/с 
кг/сВыразим концентрации исходной смеси, дистиллята и кубового остатка в мольных долях, если Мметанол = 32,04 кг/кмоль, Мвод = 18,02 кг/кмоль
Определяем мольные массы исходной смеси, дистиллята и кубового остатка
Переведем количества жидкостей из кг/с в кмоль/c:
Относительный мольный расход питания
Минимальное флегмовое число
где
- концентрация низкокипящего компонента в паре, находящимся в равновесии с исходной смесью (находится по диаграмме x - y)