регистрация /  вход

Расчет ректификационной установки для разделения бинарной смеси этиловый спирт-вода (стр. 1 из 6)

ФГАОУ ВПО

Уральский федеральный университет им. Первого Президента России Б.Н. Ельцина

Кафедра «Процессы и аппараты химической технологии»

Пояснительная записка

Расчет ректификационной установки для разделения бинарной смеси этиловый спирт-вода

2010

Аннотация

Крашенинникова Е.В. Расчет ректификационной установки для разделения бинарной смеси этиловый спирт-вода. – Озёрск: ФГАОУ ВПО «УрФУ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина» , 2010. – 50 с., 14 ил. Библиография – 10 назв.

В данной курсовой работе проведен расчет ректификационной колонны непрерывного действия с ситчатыми тарелками для разделения смеси этиловый спирт-вода производительностью 5000 кг/час по исходной смеси. Выполнен материальный и тепловой балансы, проведен гидравлический расчет, определены основные размеры аппарата и подобраны нормализованные конструктивные элементы. Подобраны испаритель и дефлегматор. Предложены способы повышения эффективности работы колонн с ситчатыми тарелками.

Задание на курсовую работу

Рассчитать ректификационную установку по следующим данным:

1. Тип аппарата: выбрать;

2. Разделяемая смесь: этиловый спирт – вода;

3. Производительность по сырью: 5 т/ч;

4. Концентрация НКК в:

· Дистилляте – 75% (мол.);

· Сырье – 10%(мол.);

· Остатке – 1%(мол.);

5. Давление греющего пара: 3 ат;

6. Температура:

· Поступающего сырья – 10ºС;

· Воды, идущей на дефлегматор – 10ºС;

7. Давление в колонне: 1 ат.

Содержание

Введение

1 Теоретические основы процесса ректификации и описание технологической схемы

1.1 Теоретические основы процесса ректификации

1.2 Принцип работы ректификационного аппарата

1.3 Описание технологической схемы ректификационнй установки

2 Классификация и выбор ректификационных установок и вспомогательного оборудования

2.1 Классификация ректификационных установок по конструкции внутреннего устройства аппарата

2.2 Классификация ректификационных установок по периодичности действия

2.3 Классификация ректификационных установок по способу организации движения потоков контактирующих фаз

2.4 Выбор ректификационной установки

2.5 Колонны с ситчатыми тарелками для разделения смеси «этиловый спирт-вода»

2.6 Выбор вспомогательного оборудования

2.7 Выбор конструкционного материала

3 Материальный расчет колонны

3.1 Производительность колонны по дистилляту и кубовому остатку

3.2 Расчет оптимального флегмового числа и определение числа теоретических тарелок

3.3 Массовый поток пара в верхней и нижней частях колонны

3.4 Массовые расходы жидкости в верхней и нижней части колонны

4 Расчет диаметра колонны

4.1 Плотности компонентов

4.2 Скорость пара в колонне

4.3 Диаметр колонны

4.4 Характеристика тарелки (рис 8,9)

5 Расчет числа тарелок

5.1 Средний КПД тарелки

5.2 Высота колонны

6 Гидравлический расчет колонны

6.1 Гидравлическое сопротивление сухой тарелки

6.2 Гидравлическое сопротивление обусловленное силами поверхностного натяжения

6.3 Гидравлическое сопротивление газожидкостного слоя

6.4 Полное сопротивление тарелки

6.5 Суммарное гидравлическое сопротивление рабочей части колонны

7 Тепловой расчет колонны

7.1 Расход теплоты отдаваемой воде в дефлегматоре

7.2 Расход теплоты в кубе испарителе

7.3 Расход греющего пара

8 Конструктивный расчет

Выводы

Заключение

Список литературы

Приложения

Введение

Ректификация – разделение жидких однородных смесей на составляющие вещества или группы составляющих веществ в результате взаимодействия паровой смеси и жидкой смеси. Это массообменный процесс, который осуществляется в большинстве случаев в противоточных колонных аппаратах с контактными элементами (насадки, тарелки), аналогичными используемыми в процессе абсорбции.

Возможность разделения жидкой смеси на составляющие её компоненты ректификацией обусловлена тем, что состав пара, образующегося над жидкой смесью, отличается от состава жидкой смеси в условиях равновесного состояния пара и жидкости.

Сущность процесса ректификации рассмотрена на примере разделения двухкомпонентной смеси по заданию на курсовую работу, где требуется рассчитать ректификационную установку для разделения смеси «этиловый спирт-вода».

Ректификационная установка даёт наиболее полное разделение смесей жидкостей, целиком или частично растворимых друг в друге. Процесс заключается в многократном взаимодействии паров с жидкостью – флегмой, полученной при частичной конденсации паров.В ректификационном аппарате снизу вверх движутся пары, а сверху подается жидкость, представляющая собой почти чистый НКК. При соприкосновении поднимающихся паров со стекающей жидкостью происходит частичная конденсация паров и частичное испарение жидкости. При этом из паров конденсируется преимущественно ВКК, а из жидкости испаряется преимущественно НКК. Таким образом, стекающая жидкость обогащается ВКК, а поднимающиеся пары обогащаются НКК, в результате чего выходящие из аппарата пары представляют собой почти чистый НКК. Эти пары поступают в конденсатор, называемый дефлегматором, и конденсируются. Часть конденсата, возвращаемая на орошение аппарата, называется флегмой, другая часть отводится в качестве дистиллята.

Как и во всех массобменных процессах эффективность ректификации зависит от поверхности контакта фаз. Для увеличения поверхности массобмена используют различные контактные устройства насадочного или барботажного типа. Наиболее распространенными ректификационными установками являются барботажные колонны с различными типами тарелок: колпачковыми, ситчатыми, провальными и т.п. Наиболее универсальны колонны с колпачковыми тарелками, но при разделении незагрязненных жидкостей в установках с постоянной нагрузкой, хорошо зарекомендовали себя аппараты с ситчатыми тарелками, отличающимися простотой конструкции и легкостью в обслуживании.

В данной курсовой работе рассмотрены основы процесса ректификации, классификация ректификационных колонн по конструкции внутреннего устройства, по периодичности действия и по способу организации движения потоков контактирующих фаз. Кроме того, представлены основные требования по выбору того или иного типа колонны. Согласно заданию на курсовую работу, в котором указаны компоненты бинарной смеси: этанол-вода, выбрана колонна с ситчатыми тарелками, и проведен её расчет по исходным данным, указанным в задании. Выполнен материальный и тепловой балансы, определены основные размеры аппарата и подобраны нормализованные конструктивные элементы.


1 Теоретические основы процесса ректификации и описание технологической схемы

1.1 Теоретические основы процесса ректификации

Во многих химических производствах необходимо производить выделение чистых веществ из смесей жидкостей. Одним из наиболее распространенных методов разделения смесей является ректификация. Этот метод основан на различии в температурах кипения, а, следовательно, и в летучести компонентов смеси. Если летучесть компонентов различна, то состав пара над жидкостью отличается от состава жидкой смеси бóльшим содержанием низкокипящего (легколетучего) компонента – НКК. Вследствие этого при противоточном контакте жидкой смеси с парами, который осуществляется при ректификации в результате массообмена, пары будут обогащаться НКК, а жидкость – высококипящим (труднолетучим) компонентом – ВКК.

В конечном итоге пары будут представлять собой более или менее чистый НКК, а жидкость – ВКК.

Процесс ректификации осуществляется преимущественно в тарельчатых или насадочных колонных аппаратах периодическим или непрерывным способом. На ректификацию поступает исходная жидкая смесь, содержание в которой НК составляет хf. В процессе ректификации смесь разделяется на две части: часть, обогащенную НКК – дистиллат и часть, обогащенную ВКК – кубовый остаток. Обозначим в долях НКК состав дистиллата – хр , а кубового остатка – хw .Исходная смесь подается в ту часть колонны, где жидкость имеет состав хf . Стекая вниз по колонне, она взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике. Пар имеет начальный состав, примерно равный составу кубового остатка хw, т.е. является обедненным НКК. В результате массообмена происходит переход НКК из жидкости в пар, а ВКК – из пара в жидкость.

В точке ввода исходной смеси пар может иметь в пределе состав, равновесный с исходной смесью. Для более полного обогащения пара НКК верхнюю часть колоны орошают жидкостью состава хр, которая получается в дефлегматоре путем конденсации пара, выходящего из колонны. Эта часть конденсата называется флегмой. Другая часть конденсата пара выводится из дефлегматора в виде продукта разделения – дистиллата. Жидкость, отводимая из нижней части колонны, называется кубовым остатком. Таким образом, в ректификационной колонне осуществляется непрерывный процесс разделения подаваемой в колонну исходной бинарной смеси на дистиллат с высоким содержанием НКК и кубовый остаток, обогащенный ВКК. Если обозначить количество поступающей на ректификацию исходной смеси Gf, количество получаемого дистиллата Gp и количество кубового остатка Gw, то материальный баланс выразится равенством:

Gf = Gp + Gw (1)

Если заданы количество и состав исходной смеси и составы продуктов разделения, то для определения количеств дистиллата и кубового остатка уравнение дополняют уравнением материального баланса для НКК:

Gf хf= Gp хp + Gw хw (2)

Степень разделения – чистота получаемых при ректификации продуктов – определяется физико-химическими свойствами разделяемых веществ, размерами и конструкцией аппарата, условиями проведения процесса (гидродинамикой, давлением и пр.).

Узнать стоимость написания работы
Оставьте заявку, и в течение 5 минут на почту вам станут поступать предложения!