Проектирование ректификационной колонны для разделения смеси метанол-вода
Краткое сожержание материала:
Размещено на
Содержание
Введение
1. Технологическая схема и ее описание
2. Выбор конструкционного материала аппарата
3. Технологический расчет
3.1 Материальный баланс колонны
3.2 Рабочее флегмовое число
3.3 Средние массовые расходы по жидкости и пару
4. Диаметр колонны и скорость пара
4.1 Средняя температура верха и низа колонны
4.2 Плотности жидкой и паровой фазы
4.3 Максимальная скорость пара и диаметр колонны в верхней части колонны
4.4 Максимальная скорость пара и диаметр колонны в нижней части
колонны
4.5 Выбор диаметра колонны
4.6 Действительные рабочие скорости паров
5. Высота и полное гидравлическое сопротивление колонны
5.1 Выбор тарелки
5.2. Расчет высота переливного устройства тарелки
5.3 Эффективность тарелки в верхней части колонны
5.4 Эффективность тарелки в нижней части колонны
5.5 Высота колонны
5.6 Полное гидравлическое сопротивление колонны
6. Тепловой баланс колонны
6.1 Расчет энтальпий
6.2 Тепловая нагрузка дефлегматора и кипятильника
7. Выбор и расчет подогревателя исходной смеси
7.1 Предварительный расчет площади теплообмена и выбор
подогревателя исходной смеси
7.2 Уточненный расчет поверхности теплообмена и окончательный
выбор подогревателя исходной смеси
8. Выбор и расчет штуцеров
8.1 Основная расчетная формула
Заключение
Библиографический список
Введение
технологический ректификация метиловый спирт
Ректификация - массообменный процесс разделения однородной смеси летучих компонентов, осуществляемый путем противоточного многократного взаимодействия паров, образующихся при перегонке, с жидкостью, образующейся при конденсации этих паров.
Разделение жидкой смеси основано на различной летучести веществ. При ректификации исходная смесь делится на две части: дистиллят - смесь, обогащенную низкокипящим компонентом, и кубовый остаток - смесь, обогащенную высококипящим компонентом.
Процесс ректификации осуществляется в ректификационной установке основным аппаратом которой является ректификационная колонна, в которой пары перегоняемой жидкости поднимаются снизу, а навстречу парам стекает жидкость, подаваемая в виде флегмы в верхнею часть аппарата.
Процесс ректификации может протекать при атмосферном давлении, а также при давлениях выше или ниже атмосферного. Под вакуумом ректификацию проводят, когда разделению подлежат высококипящие жидкие смеси. Повышенное давление применяют для разделения смесей, находящихся в газообразном состоянии при более низком давлении. Атмосферное давление принимают при разделении смесей, имеющих температуру кипения от 30 до 150°С.
Степень разделения смеси жидкостей на составляющие компоненты и чистота получаемого дистиллята и кубового остатка зависят от того, насколько развита поверхность контакта фаз, от количества подаваемой на орошение флегмы и устройства ректификационной колонны.
В промышленности применяют тарельчатые, насадочные, пленочные трубчатые и центробежные пленочные аппараты. Они различаются в основном конструкцией внутреннего устройства аппарата.
Тарельчатые контактные устройства, в ректификационной колонне, подразделяются на: колпачковые, ситчатые, клапанные, решетчатые, провальные и т.п.
Преимущественное использование тарельчатых колонн в процессах ректификации объясняется их значительно большей производительностью по сравнению с насадочными.
1. Технологическая схема и ее описание
Рис. 1 - Принципиальная схема ректификационной установки
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.
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 xF . Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике 4. 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 хР, 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. Выбор конструкционного материала аппарата
При конструировании химической аппаратуры следует применять стойкие металлические и неметаллические конструкционные материалы в заданных агрессивных средах. Важно учитывать все виды возможного коррозийного разрушения материалов в агрессивной среде при ее заданных рабочих параметрах. При выполнении прочностных расчетов в первую очередь сталкиваются с необходимостью оценки общей поверхностной коррозии выбираемого конструкционного материала, характеризующегося проницаемостью ПМ мм/год.
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=ПМ·tа,
где ПМ ? 0,1 мм/ год
tа - амортизационный срок, примем tа=20 лет.
С=20·0,1=2 мм
Материал деталей колонны, соприкасающихся с метиловым спиртом и водой - сталь марки Х17Н13М2Т ГОСТ 3632-72 [1, с. 534] (корпус аппарата, днища, люки, отбойник сетчатый, камера уровнемера, приспособление для выверки).
Материал прочих сборочных единиц - сталь 3 ГОСТ 380-71. Материал прокладок - паронит ПОН-1 ГОСТ 481-80.
3. Технологический расчет
3.1 Материальный баланс колонны
Уравнение материального баланса
Производительность колонны по дистилляту Р и кубовому остатку W
F=5000 кг/ч=1,389 кг/с
3.2 Рабочее флегмовое число
Пересчет состава фаз из массовых долей в мольные
где - молекулярная масса метанола ()
- молекулярная масса воды
Концентрация легколетучего компонента в паровой фазе
Исходные данные введем в табл. 1 [2]:
Табл. 1 - Данные по парожидкостному равновесию для системы метанол-вода при нормальном давлении
|
x, кмоль/кмоль смеси |
y, кмоль/кмоль смеси |
T, °C |
|
|
0 |
0 |
100 |
|
|
0,02 |
0,134 |
96,4 |
|
|
0,04 |
0,23 |
93,5 |
|
|
0,06 |
0,304 |
91,2 |
|
|
0,08 |
0,365 |
89,3 |
|
|
0,1 |
0,418 |
87,7 |
|
|
0,15 |
0,517 |
84,4 |
© 2006-2015 Студенческий сайт ТНУ им. В.И.Вернадского, TNU.in.UA