 |
Определение скорости пара и диаметра колонны
|
|
|
|
ПЛАН
Введение
Описание технологической схемы
Данные по равновесию смеси
Основные теплофизические характеристики потоков
Материальный баланс
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
Предельная высота всасывания
Расчет и подбор штуцеров
Штуцер для подачи исходной смеси
Штуцер для вывода паров дистиллята
Штуцер для вывода кубового остатка
Штуцер для подачи флегмы
Штуцер для подачи жидкости в кипятильник
Расчет и подбор крышки
Расчет и подбор днища
Расчет и подбор обечайки
Расчет и подбор конденсатоотводчиков
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 колпачковая 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 тройной смеси ацетон - изопропиловый спирт - вода.
|
|
|
Описание технологической схемы
Исходную смесь из промежуточной емкости Е1 центробежным насосом Н1-Н2 подают в теплообменник, где она подогревается до температуры кипения. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну КР на тарелку питания, где состав жидкости равен составу исходной смеси. Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике К. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка, то есть 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, подаваемой центробежным насосом Н3 – Н4, получаемой в дефлегматоре Д путем конденсации пара, выходящего из колонны. Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения - дистилята, который охлаждается в теплообменнике Х2 и направляется в промежуточную емкость Е3. Из кубовой части колонны непрерывно выводится кубовая жидкость – продукт, обогащенный труднолетучим компонентом, который охлаждается в теплообменнике Х1 и направляется в емкость Е2.
Таблица 1. Равновесные данные системы изопропиловый спирт – вода.
| x% | 0 | 0,6 | 3,2 | 4 | 6 | 12 | 43 | 60 | 68,4 | 87 | 95,5 | 100 |
| y% | 0 | 15 | 33 | 38,5 | 47 | 51 | 57,5 | 64,5 | 68,4 | 84,5 | 93 | 100 |
| t0C | 100 | 96 | 90,2 | 87,3 | 85 | 82,9 | 80,8 | 80,4 | 80,3 | 80,8 | 81,5 | 82,3 |
Таблица 2. Равновесные данные системы ацетон – вода.
| 0 | 5 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 100 | |
| y% | 0 | 60,3 | 72 | 80,3 | 82,7 | 84,2 | 85,5 | 86,9 | 88,2 | 90,4 | 94,3 | 100 |
| t0C | 100 | 77,9 | 69,6 | 64,5 | 62,6 | 61,6 | 60,7 | 59,8 | 59 | 58,2 | 57,5 | 57 |
Исходные данные:
производительность по исходной смеси
W1 = 7500 кг/час = 2,08 кг/с
концентрации низкокипящих компонентов:
в исходной смеси х1а = 25% (мольн), х1б = 60% (мольн)
в дистилляте х2а = 95% (мольн), х2б = 0% (мольн)
в кубовом остатке х0а = 3% (мольн).
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:
W1х1 - W0х0 - Пх2 = 0
кмоль/с
кмоль/с
Определяем мольную массу исходной смеси и дистиллята
Рабочее флегмовое число
Принимаем в качестве рабочего флегмового числа R = 3,75
Построение рабочих линий ректификационной колонны:
рабочую линию укрепляющей части колонны удобно строить по двум точкам. Первая получается при пересечении диагонали диаграммы x - y с прямой x = x2, а вторая - точка на оси ординат 
рабочую линию отгонной части колонны также строим по двум точкам. Первая - это точка пересечения рабочей линии укрепляющей части колонны с прямой x = x1, а вторая - точка на диагонали диаграммы x - y с абсциссой x0.
Определение скорости пара и диаметра колонны
Тарельчатые колонны составляют основную группу массообменных аппаратов. Они представляют собой вертикальный цилиндр, на высоте которого расположены специальные контактные устройства - тарелки. В этих колоннах жидкости меньшей плотности последовательно барботируются через слой жидкости на тарелках, расположенных на определенном расстоянии друг от друга. Жидкость непрерывно перетекает с верхних тарелок на нижние, отделенные друг от друга свободным пространством, где пар или легкая жидкость отделяется от уносимых ими частиц более тяжелой фазы. В тарельчатых колоннах происходит ступенчатый контакт фаз. Снизу вверх по колонне движутся пары, поступающие в нижнюю часть аппарата из кипятильника, который находится вне колонны. С помощью кипятильника создается восходящий поток пара. Пары проходят через слой жидкости. В результате взаимодействия между жидкостью и паром, имеющим более высокую температуру, жидкость частично испаряется, причем в пар переходит преимущественно НКК. Испарение жидкости на тарелке происходит за счет тепла конденсации пара. Из пара конденсируется и переходит в жидкость преимущественно ВКК. Его содержание в поступающем на тарелку паре выше равновесного с составом жидкости на тарелке. Пар представляет собой на выходе из кипятильника ВКК и по мере движения вверх все больше обогащается НКК, который переходит в паровую фазу на пути пара из кипятильника до верха колонны. Пары конденсируются в дефлегматоре охлаждаемом водой и получаемая жидкость разделяется в разделителе на дистиллят и флегму, которая направляется на верхнюю тарелку колонны. На некотором расстоянии от верха колонны к жидкости из дефлегматора присоединяется исходная смесь, которая поступает на питающую тарелку колонны. Для того, чтобы уменьшить тепловую нагрузку кипятильника, исходную смесь нагревают в подогревателе, до температуры кипения жидкости на тарелке питания. Тарелка питания делит колонну на две части, имеющие различное назначение. В верхней части должно быть обеспечено, возможно большее укрепление паров, т.е. обогащение их НКК с тем, чтобы в дефлегматор направлялись пары, близкие по составу к НКК. Поэтому данная часть колонны называется укрепляющей. В нижней части необходимо в максимальной степени удалить из жидкости НКК, т.е. исчерпать жидкость для того, чтобы в кипятильник стекала жидкость, близкая по составу к ВКК. Эта часть колонны называется отгонной. В дефлегматоре могут быть сконденсированы все пары, поступающие из колонны, либо только часть их, соответствующая количеству возвращаемой в колонну флегмы. В первом случае, часть конденсата остающаяся после отделения флегмы (дистиллят) охлаждается в холодильнике и направляется в сборник дистиллята. Во втором случае, несконденсированные в дефлегматоре пары одновременно конденсируются и охлаждаются в холодильнике, который при таком варианте работы служит конденсатором - холодильником дистиллята. Жидкость, выходящая из низа колонны, близкая по составу к ВКК также делится на две части. Одна часть направляется в кипятильник, а другая - кубовый остаток, после охлаждения водой в холодильнике, направляется в сборник кубового остатка.
|
|
|
|
|
|
