Расчёт ректификационной колонны 6непрерывного действия для разделения бинарной смеси бензол - у (стр. 1 из 5)

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Рассчитать ректификационную колонну непрерывного действия для разделения бинарной смеси бензол - уксусная кислота по следующим данным:

1. Расход исходной смеси G_F = 5,0 кг/с.

2. Содержание низкокипящего компонента - бензола в процентах по массе:

· В исходной смеси – x_F = 35%;

· В дистилляте – x_D = 90%;

· В кубовом остатке – x_W = 6%.

3. Колонна работает под атмосферным давлением.

4. Тип ректификационной колонны – тарельчатая колпачковая.

Рассчитать холодильник дистиллята для ректификационной колонны (кожухотрубчатый теплообменник), если известно, что для охлаждения используется вода, начальная температура 15 ⁰С, конечная - 35 ⁰С.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА РЕКТИФИКАЦИИ 5

2. ПОДБОР МАТЕРИАЛА 7

3. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ 8

4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЫ 10

5. МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ УСТАНОВКИ 19

6. РАСЧЕТ КОЖУХОТРУБЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА 26

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 30

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 31

ВВЕДЕНИЕ

Ректификация – многократная дистилляция, проводимая таким образом, что восходящий поток пара взаимодействует с нисходящим потоком жидкости, обогащенной легколетучим компонентом. В результате массопередачи поднимающийся пар обогащается легколетучим компонентом, а стекающая жидкость труднолетучим. Ректификация заключается в противоточном взаимодействии паров, образующихся при перегонке, с жидкостью, получающейся при конденсации паров.

Разделение осуществляется обычно в колонных аппаратах при многократном или непрерывном контакте фаз. При каждом контакте из жидкости испаряется преимущественно низкокипящий компонент, которым обогащаются пары, а из паровой - конденсируется преимущественно высококипящий компонент, переходящий в жидкость. В результате обмена компонентами между фазами в конечном счете пары представляют собой почти чистый низкокипящий компонент. Эти пары выходящие из верхней части колоны после их конденсации в отдельном аппарате дают дистиллят (верхний продукт) и флегму - жидкость, возвращающуюся для орошения колоны и взаимодействия с поднимающимися в колоне парами. Снизу удаляется жидкость представляющая собой почти чистый высококипящий компонент - кубовый остаток (нижний продукт). Часть остатка испаряют в нижней части колоны для получения восходящего потока пара.

Ректификация известна с начала девятнадцатого века, как один из важнейших технологических процессов главным образом спиртовой и нефтяной промышленности. В настоящее время ректификацию всё шире применяют в самых различных областях химической технологии, где выделение компонентов в чистом виде имеет весьма важное значение (в производных органического синтеза, изотопов, полупроводников и различных других веществ высокой чистоты).

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА РЕКТИФИКАЦИИ

Схема ректификационной установки непрерывного действия

1 – емкость для исходной смеси; 2 – подогреватель; 3 – колонна;

4 – кипятильник; 5 – дефлегматор; 6 – делитель флегмы; 7 – холодильник; 8 – сборник дистиллята; 9 – сборник кубового остатка

Рис. 1.1.

Исходную смесь из емкости 1 центробежным насосом подают в теплообменник 2, где она подогревается до температуры кипения. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну 3, где состав жидкости равен составу исходной смеси x_F . Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике 4. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка x_W ,т. е. обеднен легколетучим компонентом. В результате массообмена с жидкостью пар обогащается легколетучим компонентом. Для более полного обогащения верхнюю часть колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом жидкостью (флегмой) состава х_D, получаемой в дефлегматоре 5 путем конденсации пара, выходящего из колонны. Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения - дистиллята, который охлаждается в теплообменнике 7 и направляется в емкость 8.

Из кубовой части колонны насосом непрерывно выводится кубовая жидкость - продукт, обогащенный труднолетучим компонентом, который охлаждается в теплообменнике 7 и направляется в емкость 9.

Таким образом, в ректификационной колонне осуществляется непрерывный неравновесный процесс разделения исходной бинарной смеси на дистиллят (с высоким содержанием легколетучего компонента) и кубовый остаток (обогащенный труднолетучим компонентом).

2. ПОДБОР МАТЕРИАЛА

При конструировании химической аппаратуры следует применять стойкие металлические и неметаллические конструкционные материалы в заданных агрессивных средах. Материалы должны быть химически и коррозионностойкими в заданной среде при её рабочих параметрах, обладать хорошей свариваемостью и соответствующими прочностными и пластическими характеристиками в рабочих условиях, допускать холодную и горячую механическую обработку, а также иметь возможно низкую стоимость и быть недефицитными. При выполнении прочностных расчетов в первую очередь сталкиваются с необходимостью оценки общей поверхностной коррозии выбираемого конструкционного материала, характеризующегося проницаемостью П мм/год.

Всегда нужно стремиться к выбору конструкционных материалов, характеризующихся минимальной проницаемостью.

В расчетах аппаратуры на прочность потеря по толщине материала на коррозию учитывается соответствующей прибавкой С, определяемой амортизационным сроком службы аппарата и проницаемость по формуле:

С = ПТ_а= 0,1·20 = 2мм., где П ≤ 0,1 мм/год.

С – прибавка к расчетным толщинам; П = 0,1мм/год – скорость коррозии; Т_а= 20лет – срок службы аппарата.

Принимаем сталь Х18Н1ОТ, для которой

= 134МПа. [4]

[

] - допускаемое напряжение.

[

] =

η = 1·134 = 134МПа

η = 1 – поправочный коэффициент, учитывающий вид заготовки.

Сталь Х18Н1ОТ применяется для обечаек, днищ, фланцев, трубных решеток, болтов, шпилек, валов, патрубков штуцеров, корпусов крышек, тарелок, фланцев и других деталей сварной, кованной, литой химической аппаратуры, работающих со средами средней и повышенной стоимости в пределах t -254 до +600⁰С и неограниченным давлением.

Остальные детали, не соприкасающиеся с токсичной, коррозионной средой, изготовляются из стали ст3.

3. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Таблица 3.1

Данные о равновесном составе пара над жидкостью. [3]

x	y	t	P
0,00 6,47 8,91 12,72 19,23 24,97 29,93 38,04 45,39 64,51 100,00	0,00 31,49 38,82 47,82 57,76 64,43 68,59 74,21 77,52 85,04 100,00	118,7 109,51 106,82 103,71 99,44 96,23 93,99 90,85 88,96 84,72 80,2	760

По данным таблицы строим линию равновесия и диаграмму равновесия между жидкостью и паром при постоянном давлении.

Линия равновесия.

Рис. 3.1.

Диаграмма равновесия между жидкостью и паром при постоянном давлении.

Рис. 3.2.