На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


курсовая работа Ректификационная колонна непрерывного действия

Информация:

Тип работы: курсовая работа. Добавлен: 07.12.2012. Сдан: 2012. Страниц: 19. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


Федеральное агентство по образованию Российской Федерации
Томский политехнический  университет
 
 
 
 
 
 
 
Химико-технологический  факультет
 
Кафедра общей химической технологии
 
 
 
 
 
 
Курсовой проект по курсу
«Процессы и аппараты химической технологии»
Ректификационная колонна  непрерывного действия.
 
 
 
 
 
 
Выполнил:
студент гр. 5060
Галкин Д.В.                                                                 
                                                                                               
 
 
 
 
 
Проверил: Доцент
Лотова Л.Г.                                                                 
 
 
 
 
 
 
Томск 2009
 
СОРДЕРЖАНИЕ
Введение...................................................................................................3
 
1. Технологический расчёт......................................................................5
 
1.2 Перечень допускаемых упрощений……………………………..5
 
1.1Исходные данные…………………………………………………5
 
1.3 Материальный баланс……………………………………………….…5
 
1.4 Построение фазовых диаграмм………………………………….…6
 
1.5 Диаграмма t-x,y ………………………..………………………...6
 
1.6 Определение рабочего флегмового ………………………………….6
 
 
2. Определение геометрических размеров............................................9

2.1. Определение  скорости пара и диаметра колонны……………….9

 
2.2 Определение  действительного числа тарелок……………………11
2.3 Определение высоты колонны…………………………………..12
 
3. Гидравлический расчёт.......................................................................12
 
4. Тепловой расчет...................................................................................13
 
5. Расчет тепловой изоляции..................................................................14
 
6. Расчет  теплообменного аппарата……………………………..….15
 
7. Эскиз ректификационной колонны……………………………… 18
 
8. Эскиз теплообменника (Дефлегматора)………………………….19
Приложение…………………………………………………………..22
Заключение..............................................................................................25
 
Литература…………………………………………………………. . ..26


 
 
 


ВВЕДЕНИЕ.
 
Ректификацией называется массообменный  процесс разделения жидких гомогенных смесей летучих компонентов путем  многократного последовательно  повторяющихся процессов испарения  и конденсации.
Для практической реализации такого процесса необходимым условием является то, что паровая и жидкая фазы до вступления в контакт между  собой должны находиться в неравновесном  состоянии. Поскольку давление для  фаз остается одинаковыми постоянным, то, следовательно, температуры фаз  должны быть разными. При контакте между  фазами происходит теплообмен: температура  пара выше температуры жидкости, следовательно, пар конденсируется и отдает свое тепло жидкости, которая в свою очередь испаряется. В результате такого тепло- массообмена образующийся пар обогащается низкокипящим компонентом, а жидкость - высококипящим компонентом. Так как система стремится к равновесию, то температуры образующихся паров и жидкости выравниваются.
Подобное многократное контактирование  паров и жидкости на практике осуществляют в ректификационных колоннах, объем  которых заполнен контактными устройствами для формирования поверхности контакта фаз. как правило, ректификационные колонны действуют по принципу противотока в целом по всему аппарату, в то время как на каждом отдельном участке формирования поверхности контакта фаз, схемы взаимодействия фаз могут быть самыми разнообразными. Для обеспечения неравновесных состояний пара и жидкости в нижнюю часть колонны (куб) подводится теплота, а в верхней части колонны теплота отбирается (дефлегматор). Схема ректификационной установки непрерывного действия для разделения бинарной смеси приведена на рис. 1.1.
Исходная смесь, с содержанием  низкокипящего компонента Хf в количестве F поступает на питающую тарелку (эвапорационное пространство) с температурой tf. На питающей тарелке происходит процесс однократного испарения (ОИ), в результате которого образуется паровая фаза, обогащенная НК и жидкая фаза, обогащенная ВК. Жидкая фаза стекает с питающей тарелки вниз и поступает в куб колонны, где происходит интенсивное испарение. Образующийся пар подается вниз колонны и движется навстречу стекающей жидкости. На всем пути происходит тепломассообмен между паром и жидкостью, т.к. поступающий на каждую тарелку пар имеет температуру выше, чем жидкость, поступающая на эту тарелку сверху. В результате массообмена на выходе из колонны пар дистиллята содержит главным образом низкокипящий компонент, а жидкость в кубе колонны - в основном высококипящий компонент.


Выходящий пар дистиллята из колонны  подвергается процессу дефлегмации  с дальнейшим разделением потока на продукт (Р) с содержанием НК Хр и жидкую фазу, флегму в количестве (Ф) с содержанием НК Хф. Флегма подается на орошение колонны сверху. Высокое содержание НК в потоке флегмы предопределяет, что в верхней части колонны (от питающей тарелки вверх) происходит, главным образом, укрепление паровой фазы низкокипящим компонентом. По этой причине верхняя часть колонны называется укрепляющей или концентрационной. Нижняя часть колонны (от питающей тарелки вниз) называется исчерпывающей или отгонной частью, поскольку именно в этой части происходит основной отгон НК из жидкости в пар. В самом общем случае орошение колонны флегмой может осуществляться по разным вариантам.
Однако с целью упрощения  расчетов в данных методических указаниях  предлагается следующий вариант  орошения:  пар дистиллята состава  УG поступает в дефлегматор,  где происходит  его полная конденсация и затем образующийся  конденсат разделяется на  два потока: горячая флегма подается на орошение, а оставшаяся часть конденсата, пройдя через холодильник, выводится из установки и поступает в виде готового продукта Р с содержанием НК Хр в рефлюксную емкость. Исходная смесь в количестве F с содержанием НК Хf может подаваться на питающую тарелку в колонну в различных состояниях и при различной температуре. Чаще всего исходная смесь предварительно подогревается в теплообменнике до температуры кипения и подается в виде кипящей жидкости.
 


 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рис.1.1. Схема ректификационной установки непрерывного действия для разделения бинарных
смесей.
1 - ректификационная колонна; 2 - подогреватель исходной смеси; 3 - дефлегматор; 4 - кипятильник (куб)  колонны; 5 - теплообменник
 
 


1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ.
1.1Исходные данные.
Смесь: бензол – толуол.
F = 13000кг/ч -производительность колонны по исходной смеси;
xf = 0,15 -содержание НК в исходной смеси;
xp = 0,96 -содержание НК в продукте;
xw = 0,09 -содержание НК в кубовом остатке;
П = 105 Па -давление в колонне;
  
1.2 Перечень допускаемых упрощений.
При расчете колоны, в основе лежат  расчетные формулы  и указания взятые из методического  указания «процессы и аппараты химической технологи» и « проектирование ректификационных колон». Табличные значения взяты [1].
С целью упрощения расчетов процесса ректификации допускается принимать  следующие допущения:
1. Вследствие того, что удельные  мольные теплоты испарения неограниченно  растворимых друг в друге компонентов  смеси достаточно близки между  собой, то принимается, что  паровая и жидкая фазы в  результате контактного тепломассообмена  обмениваются между собой веществами  в эквимолекулярном соотношении.  Из этого следует, что мольные  расходы фаз по высоте укрепляющей  и исчерпывающей частей ректификационной  колонны не изменяются.
2. Укрепляющим действием дефлегматора  пренебрегается и считается, что  состав пара дистиллята, выходящего  из колонны, составы флегмы  и продукта равны между собой,  т.е.:
                                           
3. Составы жидкости и пара  в кубе колонны равны между  собой, т.е.:
                                                           
4. Удельные мольные теплоты смешения  компонентов незначительны и  ими можно пренебречь.
1.3 Материальный баланс.
Производительность колонны по дистилляту Р и кубовому остатку W определим из уравнений материального баланса колонны:
Gд+Gw=13000
Gд*0.96+Gw*0.09=0.15*13000
Gд=13000-Gw
(10800-Gw)*0.96+Gw*0.09=13000*0.15
12480-0.96*Gw+Gw*0.09=1950
Gw=12103 кг/ч
Gw=13000-Gд
0.96*Gд+(13000-Gд)*0.09=1950
Gд=896.5 кг/ч
 
Для дальнейших расчетов выразим концентрации питания, дистиллята и кубового остатка в мольных долях [2]:
Питание:
кмоль/кмоль(1)
Дистиллят:
кмоль/кмоль
Кубовый остаток:
кмоль/кмоль
 
    
1.4 Построение фазовых диаграмм.
 
С целью проведения дальнейших материальных расчетов требуется построение линии  равновесия и t-x,y диаграммы.
Обычно расчеты проводят в табличном  варианте.
 
 
Таблица 1.


Построение t-x,y
y
0
21,4
38
51,1
61,9
71,2
79
85,4
91
95,9
100
t
110,6
106,1
102,2
98,6
95,2
92,1
89,4
86,8
84,4
82,3
80,2

 
Графическое изображение расчетной  линии равновесия приведено на рис. 2.
Диаграмма t-х,у является основой для технологического расчета процессов разделения жидких смесей ректификацией, поскольку с ее помощью по известным значениям составов паров и жидкостей в любой точке аппарата определяются значения локальных температур, а так же решается обратная задача.
 
                               1.6 Определение рабочего флегмового числа.
Нагрузки ректификационной колонны  по пару и жидкости определяются рабочим флегмовым числом R; его оптимальное значение RОПТ можно найти путем технико-экономического расчета. Ввиду отсутствия надежной методики оценки RОПТ используют приближенные вычисления, основанные на определении коэффициента избытка флегмы (орошения) . Здесь
Rmin— минимальное флегмовое число: (2)
где и - мольные доли легколетучего компонента соответственно в исходной смеси и дистилляте, кмоль/кмоль смеси;
       - концентрация легколетучего компонента в паре, находящимся в равновесии с исходной смесью, кмоль/кмоль смеси.
Обычно коэффициент избытка  флегмы, при котором достигается  оптимальное флегмовое число, не превышает 1,3.
Определим R по этому методу. По рис. (1-6) [Приложение 1] при . Определим Rmin:
(3)
 
Определение оптимального рабочего флегмового числа
Таблица 2.
1=4.5
T1=14
1=0.176
N(R+1)=77
? =1.35
R2=5.9
NT2=11
N(R+1)=75.9
B2=0.140
? =1.75
R3=7.66
NT3=11
N(R+1)=95.26
B3=0.111
? =2.35
R4=10.28
NT4=9
N(R+1)=101.52
B4=0.0858
? =3.3
R5=14.44
NT5=8
N(R+1)=123.52
B5=0.0626
?=6.25
R6=27.36
NT6=8
N(R+1)=226.88
B6=0.0341

 
где B – отрезок, отсекаемый рабочей линией укрепляющей части колонны на оси ординат.
Рабочее флегмовое  число: R=6(рис.9);


Мольную массу дистиллята в данном случае можно принять равной мольной  массе легколетучего компонента — бензол. Средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны соответственно равны:
 (4)
 
где и   - мольные массы исходной смеси;
   
 
  и - средний мольный состав жидкости соответственно в верхней и нижней частях колонны:
(5)
         
Средние массы  концентрации пара находим по уравнению  рабочей линии:
Средние массы  концентрации пара.
 (6)
 

 
Средние мольные массы:
          (7)

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


 
 


2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ ТАРЕЛЬЧАТЫХ КОЛОНН, С КОЛПАЧКОВЫМИ ТАРЕЛКАМИ.
 
Средняя температура паров в колонне:
Вверху колонны при              
Внизу колонны при 
Определим среднюю плотность паров  внизу и вверху колонны:
(8)

Средняя плотность пара в колонне:
(9)
Определим плотность жидкости, находящейся  в колонне:
Вверху колонны при 
Внизу колонны при 
Средняя плотность жидкости в колонне:
(10)

2.1. Определение скорости пара и диаметра колонны.

 
Фиктивную скорость пара (она же предельно - допустимая) можно рассчитать по различным  методикам, изложенным в справочной литературе. При этом, скорость рассчитывается по формуле:
             (11)                        
здесь w0  - скорость пара в м/с; Где С0-коэфициэнт пропорциональности.
Диаметр вычисляется  по формуле:
 
(12) 

Определим объемный расход:
Для верха:
(13)
 
     Для низа:


(14)
Gн и Gв- средние массовые потоки пара.
Рассчитаем коэффициент  пропорциональности:
 
Верх колонны:
(14)
Низ колонны:

Где К1,К2,С1,С2 при расстояние между тарелками H?0.35м[3].
 
? рассчитывается по формулу:
  
 

 

Где L расход жидкости для верха и низа:
 

 

Где f :

Расчет фиктивной  скорости:
Для верха:
 
 

Для низа:

 
Определяем диаметр  веха и низа колоны:
Верх:
 

 
Низ:

 
Исходя из табл. 2.9 [6] примем D=2200мм.
 
 
 
2.2 Определение действительного числа тарелок.
Действительное число тарелок  определяется по формулу:
.
Для определения КПД воспользуемся вспомогательный график, приведенный на рисунке 1.7[3.ст.11].
Для определения среднего КПД тарелок  находим коэффициент относительной летучести разделяемых компонентов, и динамический коэффициент вязкости исходной смеси при средней температуре в колонне, равной 92.2ос.
Рассчитываем средний коэффициент  относительной летучести:
 

 
Где и соответственно равновесные составы паровой и жидкой фаз на соответствующих тарелках.
 
Рассчитаем средний коэффициент  вязкости:
(21)


Lg?см=-3.526
 
 
 
?=0.3*10-5Па учитывая что 1мПа?1сП.
Из графика 1.7[6.ст11] определяем что ?=0.5
Из графика 1.8 [6.ст12] водим поправку (22);
 
;
 
Определим действительное число тарелок:
 
;
 
 
2.3 Определение высоты колонны
 
Определение высоты колонны проводится по следующему уравнению:
  (24)                                     
здесь Нг=(Ng-1)?Н (25) -высота тарельчатой (рабочей ) части колонны, м;
          Zв- высота сепарационный части над верхней тарелкой, м
         ZН-расстояние от нижней тарелки до днища колонны, м.

При диаметре колонны 
Тогда общая высота колонны составит:

                               3. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ.
 
Гидравлическое сопротивление  тарелок колонны  определяется по формуле:



где  и - полное гидравлическое сопротивление тарелки соответственно верхней и нижней частей, Па.
Полное гидравлическое сопротивление тарелки складывается из трех частей:
(25)
где  -  гидравлическое сопротивление сухой тарелки;
       - гидравлическое сопротивление газожидкостного слоя на тарелке;
       - гидравлическое сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения. Сопротивление за счет поверхностного натяжения жидкости DРs для колпачковых тарелок незначительно и им допускается пренебречь.
Гидравлическое  сопротивление сухой тарелки  рассчитывается по формуле:
(26)
         - средняя скорость движения паров в колонне, м/с;
         - средняя плотность паров в колонне, кг/м3;
Тогда:
    В верхней части колонны при Т=96:


    В нижней части колонны при Т=98:

4. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ

 
Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей  воде в дефлегматоре-конденсаторе, находим по уравнению:

Здесь

где  и - удельные теплоты конденсации этанола и воды при 90ос.
Расход теплоты, получаемой в кубе-испарителе от греющего пара, находим по уравнению:
Расход теплоты в паровом подогревателе  исходной смеси:

Здесь тепловые потери приняты в  размере 5%, удельная теплоемкость исходной смеси  взята при средней температуре 61ос.
Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей  воде в водяном холодильнике дистиллята:

где удельная теплоемкость дистиллята  взята при средней температуре (59+10)/2=34 ос.
Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей  воде в водяном холодильнике кубового остатка:

где удельная теплоемкость дистиллята  взята при средней температуре (96+10)/2=53 ос.


Расход греющего пара, имеющего давление и влажность 5%:
А) в кубе-испарителе

где - удельная теплота конденсации греющего пара.
Б) в подогревателе исходной смеси

Всего: 12.94+0,35=13.29 кг/с
Расход охлаждающей воды при  нагреве ее на 20 ос:
А) в дефлегматоре

Б) в водяном холодильнике дистиллята

В) в водяном холодильнике кубового остатка

Всего: 0,031+0,0014+0,00024=117.5 м3/ч.
 
5. РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ
 
Целью расчета тепловой изоляции является определение толщины слоя теплоизоляционного материала, покрывающего наружную поверхность  теплообменника с целью снижения тепловых потерь и обеспечения требований безопасности и охраны труда при  обслуживании теплоиспользующих установок. С этой точки зрения температура  поверхности слоя изоляции не должна превышать 45. Расчет толщины теплоизоляционного слоя материала можно проводить  по упрощенной схеме, используя следующее  уравнение:

где - коэффициент теплопроводности изоляционного слоя; - температура наружной стенки корпуса; - температура поверхности изоляционного слоя; - коэффициент теплоотдачи, определяющий суммарную скорость переноса теплоты конвекцией и тепловым излучением.

где



В качестве материала изоляции выбираем совелит с  [2].Температуру стенки - принимаем равной 95°C (близкой к средней температуре в кубе колонны). Температуру изоляционного слоя примем равной 45°C.

 
Т.к. наиболее горячая часть колонны  это куб, то для всей остальной  колонны можно принять ту же толщину  слоя изоляции.
 
                       Расчет теплообменного аппарата.
В основе расчета теплообменного аппарата лежит методическое указание процессы и аппараты химической технологии «основы гидравлики, теплопередача» Табличные значения взяты из[1].
Целью теплового расчета дефлегматора является определение поверхности   теплопередачи и подбор стандартного ( по ГОСТу) теплообменника.
Запишем уравнение теплопередачи:
    
Определяем  :
    
Определим температуру со стороны  горячего теплоносителя:

 
при конденсации горячего теплоносителя  теплоотдача от пара к стенке трубы  осуществляется через стекающую  жидкую пленку:

Рассчитаем среднюю температуру  раствора:
 

 
 
 


Рассчитываем тепловую нагрузку аппарата, для это составляем теловой баланс:

 
 
 
 
Составим таблицу 3 теплофизических величин для горячего и холодного теплоносителей:
Таблица 3.
Параметр
Размерность
Величина
Для холодного  теплоносителя
Для горячего теплоносителя
?
кг/м3
905
790
?
мПа*с
0.828
0.288
Cp
кДж/кг*К
4.19
2.03
?
Вт/м*К
61.8*10-2
12.6*10-2
       




Теплофизические величины
Проводим ориентировочный  расчет поверхности теплообменника.
Для расчета принимаем коэффициент  теплопередачи:

Рассчитываем ориентировочные  Fmax и Fmin: 
           
В результате получаем интервал поверхности  теплопередачи:



Рассчитываем  число труб 1-го хода теплообменника.
Примем число Re в трубчатой зоне теплообменника 15000:

Определяем число труб:

Выбираем теплообменник [4.табл.11] D=600 мм, общее число труб z=198, длина труб L=3 м , поверхность теплообмена F=46 м2.
Проводим уточненный расчет поверхности теплопередачи:
Для проведения уточненного расчета, сначала записываем уравнение теплоотдачи, рассчитываем коэффициент К.
 

Уточним значение критерия Re:
;
 
 
n- число труб.
 
 
Критерий Прандтля характеризующий  поле теплофизических свойств:



 
 
Рассчитаем tст2:
 

 
 
При этой температуре Ср=4.19*103Дж/(кг*К);
                                       ;
                                       ;
Рассчитаем Prст:
 
 

 
 
 
Рассчитаем критерий Nu:

         Рассчитаем  ?2;
 
;
 
Уточненное значение К рассчитаем:
 
 

 
 
-  сумма  термических сопротивлений;
 
;
 
 

 
Где , , - примем из указаний[4.ст 27-28].
 
 
Определение минимальной расчетной  поверхности теплопередачи Fр:

 


Определим действительную поверхность  теплопередачи:
;
 
 
 
основные характеристики рекомендуемого теплообменника. Табл.4.
Диаметр кожуха(внутренний),мм
600
Общее число труб
198
Число труб на один ход
33
Длина труб, м
3
Поверхность теплообмена, м2
46
Тип аппарата
КН.КК

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


 
 
 
 
 
 
 
Приложение.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


                                        
                                    
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


 
                                                            
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
                                            Заключение.
Был произведен материальный и тепловой расчет ректификационной колонны непрерывного действия. Диаметр обечайки 2200 мм, ориентировочная высота колонны 6 м, тип тарелок – колпачковая, общее число тарелок -8.
 Рассчитана изоляция колонны, её толщина составляет 13 мм (в качестве изоляции был выбран совелит), а также произведен гидравлический расчет колонны.


Контроль процесса осуществляется: термометрами сопротивления, манометрами  и расходомерами.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


Литература
 
1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков  А.А. Примеры и задачи по  курсу процессов и аппаратов  химической технологии. -Л.: Химия, 1987.-576 с.

1. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии: Учебник для ВУЗов.-Изд. 2-е. В 2-х кн.: Часть 1. Теоретические основы процессов химической технологии. Гидромеханические процессы и аппараты.-М.: Химия, 1995.-400 с.

    6.методическое указание  часть 1,2 «проектирование ректификационных  установок».

     7.методическое указание  «основы гидравлики. Теплопередачи».

 

 





и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.