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 Расчет ректификационной колонны

Информация:

Тип работы: курсовая работа. Добавлен: 20.05.2012. Сдан: 2011. Страниц: 25 (формул нет). Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


СОДЕРЖАНИЕ 

     ВВЕДЕНИЕ                      5
     1 Расчет ректификационной колонны       7
     1.1  Материальный  баланс установки                7
     1.2 Определение давления в колонне       10
     1.3 Построение диаграммы фазового равновесия     11
     1.4 Определение  числа теоретических тарелок в колонне    14
     1.5 Определение расхода пара и флегмы в колонне     17
     1.6 Тепловой  баланс колонны                 19
     1.7 Гидравлический  расчет        22
     1.7.1 Определение линейной скорости паров     22
     1.7.2 Расчет  верхней части колонны                26
     1.7.3 Расчет нижней части колонны                28
     1.7.4 Расчет  скорости пара        29
     1.7.5 Расчет  величины брызгоуноса                30
     1.7.6 Определение реального числа тарелок     32
     1.7.7 Определение  высоты колонны                33
     1.8 Определение диаметров штуцеров      34
     1.9 Определение толщины тепловой изоляции              35
     1.10 Определение  площади поверхности теплопередачи  кипятиль-
     ника и  дефлегматора         37
     ЗАКЛЮЧЕНИЕ          40
     СПИСОК  ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ    42
     ПРИЛОЖЕНИЕ  А (основное)                 43
     ПРИЛОЖЕНИЕ Б (основное)                 44 
     
     
     
     
     

ВВЕДЕНИЕ 
 

       Развитие нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности на современном  этапе характеризуется значительным расширением ассортимента и повышением качества выпускаемой продукции, увеличением глубины нефтепереработки и газового конденсата.
       Наиболее распространенным методом разделения жидких однородных смесей является ректификация. Разделение жидкостей ректификацией основано на различной способности компонентов смеси переходить в парообразное состояние. Ректификацией называется диффузионный процесс разделения жидких смесей взаимно растворимых компонентов, различающихся по температурам кипения, который осуществляют путем противоточного многократного контактирования неравновесных паровой и жидкой фаз.
       Вступающие в контакт пары и жидкость при ректификации не находятся в равновесии, но в результате контакта фазы стремятся достичь его или приблизиться к этому состоянию. При этом происходит выравнивание температур и давлений в фазах и перераспределение компонентов между ними.
      При контакте фаз, в результате массообменных процессов, температура паровой фазы снижается, часть паров конденсируется, и концентрация низкокипящего компонента (НКК) в них возрастает, а температура жидкой фазы увеличивается, часть её испаряется, и концентрация НКК в ней уменьшается.
      Процесс ректификации многокомпонентных смесей, как и бинарных, может проводиться периодически и непрерывно.
      Периодическая ректификация осуществляется в одной ректификационной колонне путем последовательного  получения в виде дистиллята сначала наиболее летучего компонента смеси, а затем компонентов с более  высокими температурами кипения. Компонент смеси с самой высокой температурой кипения остается  в кубе колонны в виде кубового остатка. Разумеется, реально получают не отдельные компоненты, а фракции с преимущественным их содержанием. Управление таким периодическим процессом существенно сложнее, нежели непрерывным, когда параметры процесса не изменяются в ходе работы установки.
        Непрерывная ректификация многокомпонентных смесей осуществляется в установках, состоящих из ряда ректификационных колонн непрерывного действия. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1 РАСЧЕТ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ  КОЛОННЫ 
 

      Исходные данные:
      Производительность колонны GF=10000 кг/ч;
      НКК – гептан;
      ВКК – толуол;
      Концентрация НКК, масс. доли:
      в сырье - 0,32;
      в дистилляте - 0,97;
      в кубовом остатке - 0,01;
      Тип тарелки – ситчатая.   

 
       1.1 Материальный баланс установки 

       Массовый расход получаемого дистиллята GD и кубового остатка GW определяется из уравнения материального баланса колонны по низкокипящему компоненту:
GW = GF - GD; 

GD = GF . ((XF-XW)/(XD-XW))=10000 . ((0,32-0,01)/(0,97-0,01))=3229кг/ч;
GW = GF ((XD - XF)/ (XD-XW))=10000 . ((0,97-0,32)/(0,97-0,01))=6771кг/ч. 
 

      Проверка:
GF = GD +GW;
10000=3229+6771. 

      Массовые расходы гептана и толуола в сырье, дистилляте и кубовом продукте рассчитывается по формулам: 

GнккF =GF . XF =10000 . 0,32=3200 кг/ч;
GнккD =GD *XD =3229 .0,97=3132 кг/ч;
GнккW =Gw*Xw =6771 . 0,01=68кг/ч; 

GвккF = GF*XF =10000 . 0,68 =6800 кг/ч;
GвккD = GD*XD =3229 . 0,03 =97 кг/ч;
GвккW =GW*XW =6771 . 0,99 =6703кг/ч.
      Проверка:
GF =GD+GW;
3200 =3132+68;
6800 =97+6703.
      Мольные расходы гептана и толуола в сырье, дистилляте и кубовом  продукте рассчитываем по формулам:


 



 

      Проверка:

32=31,32+0,68;
74=1+73. 

       Мольные доли гептана и толуола в сырье, дистилляте и кубовой жидкости  рассчитываются по формулам: 



 



 

      Проверка:

0,3+0,7=1;
0,97+0,03=1;
0,01+0,99=1. 

      1.2 Определение давления в колонне 
 

       В данном курсовом проекте в верхнем продукте содержится 97% (мольных) гептана, поэтому температура кипения такой смеси будет незначительно отличаться от температуры кипения чистого гептана, которая при атмосферном давлении составляет 104 С. В этом случае в дефлегматоре для конденсации паров, поступающих с верха колонны, можно использовать воду. При этом нет необходимости значительно повышать давление в колонне по сравнению с атмосферным. В то же время температура кипения смеси в кубе   колонны  не может значительно отличатся от   температуры  

кипения высококипящего компонента – толуола, так как его содержание в кубовом продукте составляет 99% (мольных). Следовательно, температура в кубе колонны будет близкой к 110 С. Такая температура не вызовет затруднений при выборе теплоносителя для использования его в кипятильнике колонны.
       Поскольку при давлении в колонне близком к атмосферному обеспечиваются приемлемые значения температур верха и куба колонны, целесообразно принять давление на верху колонны несколько больше атмосферного для преодоления гидравлических сопротивлений в шлемовой трубе и дефлегматоре.
        Принимаем давление верха колонны =112 кПа; число реальных тарелок в верхней части колонны n=30, в нижней части колонны m=30; гидравлическое сопротивление тарелок в верхней части =480 Па, в нижней части - DРн=600 Па. Тогда давление в зоне питания и нижней части колонны в соответствии с формулами составит:


                                
        
 
 

      1.3 Построение диаграмм фазового равновесия в координатах у-х и t-x,у. 
 

      Равновесные составы паровой и жидкой фаз и температура кипения смесей представлены в таблице 1. По данным таблицы 1 строятся диаграммы фазового равновесия в координатах у-х(рисунок 1) и t-x,у(рисунок 2). 

         
 

       Таблица 1 - Равновесные составы жидкости и пара при атмосферном давлении 
 
 

    t,
    С
    х у
    110,62 0 0
    108,6 6,2 10,7
    106,8 12 20,5
    105,65 18,5 27,5
    104,8 23,5 33,3
    103,83 28,6 39,6
    102,95 35,4 45,4
    102,25 41,2 50,4
    101,78 44,8 54,1
    100,7 56,8 63,7
    99,73 69,2 74,2
    98,9 84,3 86,4
    98,5 94 94,8
    98,35 99,4 99,3
    98,3 100 100
 
 
 
 
 
 

    Рисунок 1 - Диаграмма фазового равновесия в координатах у-х 
 
 
 
 

 
 
 

        Рисунок 2 - Изобарные температурные кривые кипения и конденсации смеси гептан - толуол 

       Давление наверху и внизу колонны отличаются от давления в зоне питания незначительно, поэтому по изобарным температурным кривым кипения и конденсации с достаточной точностью можно определить температуры в зоне питания tF, на верху tD и в кубе tW колонны (рисунок 2).
       Так как сырье поступает в колонну при температуре кипения (е=0), для нахождения температуры tF достаточно с абсциссой хF=0,3, соответствующей мольной доле низкокипящего компонента в сырье, восстановить перпендикуляр до пересечения с изобарной температурной кривой кипения.
       Температура в зоне питания составляет tF = 103,65 0C. Аналогично определяется температура в кубе колонны tW = 110,31 0C. Для определения температуры паров на верху колонны tD из точки с абсциссой хD, соответствующей мольной доле низкокипящего компонента в дистилляте, восстанавливается перпендикуляр до пересечения с изобарной температурной кривой конденсации. Температура на верху колонны составляет tD =98,42 0C . 
 

      1.4 Определение числа теоретических тарелок в колонне 
 

        Для бинарных смесей минимальное флегмовое число определяется зависимостью:

      
        Определение величины y*F=0,41 показано на рисунке 1. Для определения процесса ректификации необходимо, чтобы флегмовое число R было больше минимального R . В противном случае содержание низкокипящего компонента в дистилляте хD будет меньше определенного.
       Минимальное флегмовое число R рассчитывается по уравнению: 


        В простейших случаях значение флегмового числа определяется из соотношения:
                                            
,     

где ? - коэффициент избытка флегмы.
    
       Ориентировочно оптимальное флегмовое число можно определить как минимум функции ?(R) (рисунок 3). Функция ?(R) определяется соотношением:
 
,     

        где nТ - число теоретических тарелок в колонне.
        Для определения оптимального флегмового числа R находится минимум функции ?(R).
        Расчет оптимального флегмового числа показан в таблице 2. 

        Таблица 2 - Расчет оптимального флегмового числа 
 

R n
n
(R+1)
1,25 6,36 58 426,9
1,6 8,14 40 365,6
2,5 12,73 33 453,1
3,0 15,27 30 488,1
5,0 25,45 22 581,9
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

           Рисунок 3- Определение оптимального флегмового числа 

       По данным таблицы 3 находится значение оптимального флегмового числа R =8,2.
       На рисунке 4 оказано определение числа теоретических тарелок для оптимального флегмового числа. 
 

 
 
 

          Рисунок 4 - Определение числа теоретических тарелок в колонне 

          Уравнение рабочих линий в верхней части колонны АД для R   имеет вид:

          Уравнение рабочей линии нижней  части колонны СД имеет вид:

где  - относительный (на 1 кмоль дистиллята) мольный расход сырья; XW- мольная концентрация НКК в кубовой жидкости. 


       Число теоретических тарелок в верхней части колонны nВ=20 (не считая ступень, огибающую точку Д). В нижней части колонны с учетом того, что роль одной тарелки выполняет кипятильник, число теоретических тарелок mН=10. 
 

       1.5 Определение расхода пара и флегмы в колонне 
 

       Сырье поступает в колонну с долей отгона е=0, поэтому в соответствии с уравнением:
 

 

         Массовый расход пара в верхней части колонны рассчитывается по уравнению:
                         
   

         Так как все сырье поступает в жидкой фазе, то:
                               
где: G0-паровой поток, вносимый в колонну; G- паровой поток в верхней части колонны;      GM – паровой  поток, поступающий в зону питания из нижней части.
       
        Массовый расход  флегмы  gn, поступающей в зону питания, рассчитывается по уравнению:
 

       Массовый расход флегмы g, поступающей в нижнюю часть колонны,  рассчитывается в соответствии с уравнением:

      Массовая концентрация НКК во  флегме g, поступающей на последнюю тарелку нижней части колонны (счет тарелок в нижней части колонны идет снизу вверх), определяется соотношением:

      Принимаем что:
 

       Массовая концентрация НКК  в паровом потоке Gm, поднимающемся с последней тарелки нижней части колонны в зону питания, составляет:
 

       Массовая концентрация НКК  yсм в паровом потоке G, покидающем зону питания, определяется из уравнения:
 

       Концентрация НКК в паровом y0 и жидком потоке сырья x0 определяется  в результате расчета процесса  однократного испарения. Проверкой правильности расчета потоков пара и флегмы в колонне  служат следующие соотношения:

 

0,336>0,332>0,32  и  0,405=0,405 
 

      1.6 Тепловой баланс колонны 
 

      Принимаем температуру холодного испаряющегося орошения t =80 0С.
     Теплофизические свойства толуола  и гептана представлены в таблице 1 приложении Б.
      Тепловой поток, отводимый водой в дефлегматоре, рассчитывается по уравнению:
 

при этом средние значения удельной теплоты  испарения rD и удельной теплоемкости сD находятся по правилу аддитивности:  

 
кДж/кг

кДж/кг
 

 

       Энтальпия сырья iF дистиллята iD, кубовой жидкости i определяются по правилу аддитивности при соответствующей температуре: 



 

        С учетом тепловых потерь, принятых равными 5% от полезно используемого расхода теплоты, тепловой поток в кипятильнике, исходя из уравнения теплового баланса, составит: 

 

 

         В качестве теплоносителя в кипятильнике колонны принимаем насыщенный водяной пар с абсолютным давлением 0,294 МПа (3 атм.) и степенью сухости =95%. Такой пар имеет температуру 132,90С, энтальпию I =2730 кДж/кг; энтальпия конденсата I =558,9 кДж/кг. Расход водяного пара GТ в кипятильнике колонны составит: 

 

     Принимаем, что вода в дефлегматоре нагревается от t = 25 0С до tк = 38 0C. Тогда расход воды в дефлегматоре: 

 

       Массовый расход холодного испаряющегося орошения : 

 

где I - энтальпия пара, поступающего в дефлегматор при температуре tD; i -энтальпия флегмы при температуре tХ. 

       Энтальпии определяем по правилу аддитивности: 


 

       Массовый расход горячего орошения , стекающего с 1-ой тарелки верхней части колонны:

       Проверка:


 

     
      1.7 Гидравлический расчет 
 

        Гидравлический расчет ректификации колонны включает:
    Выбор типа и конструкции контактного устройства (тарелки или насадки);
    Определение скорости пара и диаметра колонны;
    Определение основных размеров контактных и переливных устройств;
    Расчет гидравлического сопротивления контактных устройств;
    Проверку работоспособности контактных устройств;
    Определение эффективности контактных устройств, включающее расчет числа реальных тарелок и общей высоты колонны.
 
 
      1.7.1 Определение линейной скорости паров 
 

      Средние мольная хВ и концентрации низкокипящего компонента в флегме в верхней части колонны:  


 

      Средние мольная и концентрации низкокипящего компонента в флегме нижней части колонны: 
 


 

        Средние мольные концентрации низкокипящего компонента в паре находятся по уравнениям рабочих линий колонны: 

- для  верхней части колонны:
 

- для  нижней части колонны:
 

      Средние температуры пара в концентрационной tВ и отгонной tН частях колонны определяются для средних концентраций пара уВ и уН по изобарным температурным кривым кипения и конденсации смеси гептан - толуол (рисунок2):
tВ=100,49 оС
tН=107,01 оС 

       Средние молярные массы пара в верхней МВ и нижней МН частях колонны:

 

       

      Средние давления в верхней и нижней частях колонны: 


 

      Средние плотности пара в верхней и нижней частях колонны: 

 

 
 

      Средние плотности флегмы в верхней и нижней частях колонны: 


откуда  =676 кг/м3

откуда  =746 кг/м3 

      Принимаем расстояние между ситчатыми тарелками h = 0,4 м, тогда значение коэффициента С равно 0,058.
       Средние объемные расходы пара в верхней Vв и нижней Vн частях колонны: 


 

        Максимально допустимая линейная скорость пара в верхней и нижней частях колонны: 

 

 

        Диаметр колонны в верхней DВ и нижней DН частях рассчитывается по уравнениям:  


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.