 |
Курсовая работа. Тема проектирование ректификационной установки. Введение. 1 аналитический обзор
|
|
|
|
МинобрнаукиРоссии (вариант 9)
федеральное государственное бюджетное образовательноеучреждение высшегообразования
«Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)»
Направление 15. 03. 02 Технологические машины и
подготовки оборудование.
Направленность Оборудование и робототехника переработки пластмасс.
Факультет Механический
Кафедра Процессов и аппаратов
Учебная дисциплина Процессы и аппараты химической технологии
Курс 3 Группа 666
КУРСОВАЯ РАБОТА
Тема Проектирование ректификационной установки
Студент _________________ …………………..
(подпись, дата) (инициалы, фамилия)
Руководитель, доцент _________________ В. А. Константинов
(подпись, дата) (инициалы, фамилия)
Оценка за курсовой проект ___________ ____________________
(подпись руководителя)
Санкт-Петербург
СОДЕРЖАНИЕ
Введение.......................................................................................................... 5
1 Аналитический обзор................................................................................... 7
2 Цели и задачи курсового проекта............................................................... 9
3 Технологическая схема.............................................................................. 10
4 Инженерные расчёты................................................................................. 12
|
|
|
4. 1 Технологический расчёт..................................................................... 12
4. 1. 1 Материальный баланс.................................................................. 12
4. 1. 2 Определение флегмового числа. Уравнения рабочей линии...... 14
4. 1. 3 Определение средних физических величин потоков пара и жидкости 16
4. 1. 4 Тепловой баланс........................................................................... 24
4. 2 Гидравлический расчёт....................................................................... 26
4. 2. 1 Определение диаметра колонны.................................................. 26
4. 2. 2 Расчёт колпачковой тарелки........................................................ 26
4. 2. 3 Расчёт сопротивления тарелки..................................................... 35
4. 2. 4 Расчёт высоты колонны................................................................ 36
4. 3 Расчет расхода греющего пара в кубе испарителя........................... 40
4. 4 Расчёт дефлегматора........................................................................... 41
4. 4. 1 Ориентировочный расчет............................................................. 41
4. 4. 2 Подробный расчет теплопередачи............................................... 44
Выводы по курсовому проекту.................................................................... 50
Список использованных источников............................................................ 51
ПРИЛОЖЕНИЕ А Графические материалы................................................ 52
Введение
В ряде производств химической, нефтяной, пищевой и других отраслей промышленности в результате различных технологических процессов получают смеси жидкостей, которые необходимо разделить на составные части.
Для разделения смесей жидкостей и сжиженных газовых смесей в промышленности применяют способы простой перегонки (дистилляции), перегонки под вакуумом и с водяным паром, молекулярной перегонки и ректификации. Ректификацию широко используют в промышленности для полного разделения смесей летучих жидкостей, частично или целиком растворимых одна в другой.
Сущность процесса ректификации сводится к выделению из смеси двух или в общем случае нескольких жидкостей с различными температурами кипения одной или нескольких жидкостей в более или менее чистом виде. Это достигается нагреванием и испарением такой смеси с последующим многократным тепло и массообменном между жидкой и паровой фазами; в результате часть легколетучего компонента переходит из жидкой фазы в паровую, а часть менее летучего компонента - из паровой фазы в жидкую.
|
|
|
Процесс ректификации осуществляют в ректификационной установке, включающей ректификационную колонну, дефлегматор, холодильник-конденсатор, подогреватель исходной смеси, сборники дистиллята и кубового остатка. Дефлегматор, холодильник-конденсатор и подогреватель представляют собой обычные теплообменники. Основным аппаратом установки является ректификационная колонна, в которой пары перегоняемой жидкости поднимаются снизу, а навстречу парам сверху стекает жидкость, подаваемая в верхнюю часть аппарата в виде флегмы. В большинстве случаев конечными продуктами являются дистиллят (сконденсированные в дефлегматоре пары легколетучего компонента, выходящие из верхней части колонны) и кубовый остаток (менее летучий компонент в жидком виде, вытекающий из нижней части колонны).
Процесс ректификации может протекать при атмосферном давлении, а также при давлениях выше и ниже атмосферного. Под вакуумом ректификацию проводят, когда разделению подлежат высококипящие жидкие смеси. Повышенные давления применяют для разделения смесей, находящихся в газообразном состоянии при более низком давлении. Степень разделения смеси жидкостей на составляющие компоненты и чистота получаемых дистиллята и кубового остатка зависят от того, насколько развита поверхность фазового контакта, и, следовательно, от количества орошающей жидкости (флегмы) и устройства ректификационной колонны.
В промышленности применяют колпачковые, ситчатые, насадочные, пленочные трубчатые колонны и центробежные пленочные ректификаторы. Они различаются в основном конструкцией внутреннего устройства аппарата, назначение которого - обеспечение взаимодействия жидкости и пара. Это взаимодействие происходит при барботировании пара через слой жидкости на тарелках (колпачковых или ситчатых) либо при поверхностном контакте пара и жидкости на насадке или поверхности жидкости, стекающей тонкой пленкой.
|
|
|
1 Аналитический обзор
Ректификационные колонны отличаются, в основном, конструкцией внутреннего устройства для распределения жидкой и паровой фаз. Взаимодействие жидкости и пара осуществляется в колоннах путём барботирования пара через слой жидкости на тарелках или же путём поверхностного контакта пара и жидкости на насадке или на поверхности жидкости, стекающей тонкой плёнкой.
Барботажные колонны тарельчатого типа выполняются обычно в виде колонн круглого сечения, по высоте которых расположены той или иной конструкции тарелки, на каждой из которых осуществляется одна ступень контакта. На каждой тарелке в зависимости от ее конструкции может осуществляться: прямоток, противоток, перекрестный ток фаз при различной степени перемешивания жидкости от полного смешения до полного вытеснения. Тарельчатые колонные аппараты применяют при температурах отминус 40 ℃ до 200 ℃, атмосферном избыточном давлении до 2, 5 МПа, а так же под вакуумом при остаточном давлении не ниже 665 Па.
Тарелки можно подразделить на четыре группы:
1) Тарелки с перекрёстным контактом фаз, в которых движение жидкости и пара (газа) осуществляется перекрёстным током. Эти тарелки имеют специальные переливные устройства, для перетока жидкости с одной тарелки на другую, при этом пар не проходит по переливным устройствам. К этой группе относятся колпачковые, ситчатые, клапанные и другие тарелки.
2) Тарелки провального типа, в которых переливные устройства отсутствуют, так что пар (газ) и жидкость проходят через одни и те же отверстия. На этих тарелках контакт фаз осуществляется по схеме полного перемешивания жидкости. К этой группе относятся решётчатые (щелевые) провальные тарелки, дырчатые провальные тарелки и трубчатые, составленные из труб так, что между ними остаются щели, через которые движутся пар (газ) и жидкость. Последние применяются для неизотермической абсорбции, при этом по трубам пропускают холодную воду для отвода выделяющегося тепла.
|
|
|
3) Тарелки с однонаправленным движением пара (газа) и жидкости, так называемые прямоточные. Пар (газ) выходит из отверстий в направлении движения жидкости на тарелке. Эти тарелки обычно имеют переливные устройства. К этой группе относятся S-образные клапанные, ситчатые и струйные с отбойными элементами и другие тарелки.
Выбор колпачковых тарелок обусловлен тем, что они менее чувствительны к загрязнениям, чем ситчатые, и отличаются более высоким интервалом устойчивой работы колонны. Газ на тарелку поступает по патрубкам, разбиваясь затем прорезями колпачка на большое число отдельных струй. Далее газ проходит через слой жидкости, перетекающей по тарелке от одного сливного устройства к другому. При движении через слой значительная часть мелких струй распадается и газ распределяется в жидкости в виде пузырьков. Интенсивность образования пены и брызг на колпачковых тарелках зависит от скорости движения газа и глубины погружения колпачка в жидкость. Колпачковые тарелки изготовляют с радиальным или диаметральным переливами жидкости. Колпачковые тарелки устойчиво работают при значительных изменениях нагрузок по газу и жидкости. К их недостаткам следует отнести сложность устройства и высокую стоимость, низки предельные нагрузки ею газу, относительно высоко гидравлическое сопротивление, трудность очистки.
|
|
|
