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.

Работа № 93388


Наименование:


Курсовик Проектирование ректификационной колонны для разделения многокомпонентных смесей. Расход исходной смеси 12500кг/ч, давление Р=0,14мПа, дистиллят с температурой н.к. - 140 оС

Информация:

Тип работы: Курсовик. Добавлен: 21.12.2015. Сдан: 2015. Страниц: 47 (без чертежей). Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


Содержание
Задание на проектирование 3
Введение 4
1. Теоретические основы процесса 6
2. Технологическая часть 20
3. Материальный и тепловой баланс 22
4. Технологический расчет 25
Расчет скорости пара при разделении фаз 25
5. Конструктивно-механический расчет 33
6. Контроль и управление процессом 38
Контроль процесса 39
41
Заключение 43
Список использованной литературы 44
Приложение А 45
Приложение Б………………………………………………………………………47
Приложение В………………………………………………………………………48

?
Задание на проектирование
Рассчитать ректификационную колонну для разделения многокомпонентной смеси.
Расход исходной смеси 12500кг/ч, давление Р=0,14мПа, дистиллят с температурой н.к. - 140 оС
Таблица 1. Исходные данные
№ Темпера-тура Выход на конденсат, Плотность Показа-тель Молекул.
фрак-ции выкипа-ния % масс. г/см3 прелом-ления, масса
фракции, оС отдельных фракций сум-марный n

1 12-28 18,55 18,55 0,6353 1,3680 45
2 28-40 4,86 23,41 0,6259 1,3630 67
3 40-60 5,41 28,82 0,6540 1,3725 71
4 60-70 9,16 37,98 0,6827 1,3845 82
5 70-80 2,14 40,12 0,7242 1,4030 102
6 80-90 6,31 46,43 0,7228 1,4030 104
7 90-100 9,22 55,65 0,7368 1,4100 107
8 100-110 2,65 58,30 0,7413 1,4125 111
9 110-120 7,03 65,33 0,7417 1,4133 113
10 120-130 2,95 68,28 0,7542 1,4210 117
11 130-140 3,72 72,00 0,7566 1,4225 124
12 140-160 5,45 77,45 0,7672 1,4280 134
13 160-180 4,28 81,73 0,7824 1,4350 142
14 180-200 3,26 84,99 0,7884 1,4400 158
15 200-220 4,08 89,07 0,7959 1,4440 174
16 220-250 3,21 93,28 0,8071 1,4500 196
17 250-290 3,11 95,39 0,8153 1,4550 232
18 320 4,61 100 0,8675 - 255

?
Введение
Инженер-технолог современного химического предприятия в своей производственной деятельности занимается вопросами организации управления производством, разработкой технической документации, связанной с технологическим регламентом и проектированием производств. Очевидно, что для успешной реализации указанных функций необходимы достаточно основательные знания технологии и оборудования, а также методик проектного расчета технологического процесса в целом. В этом плане определяющая роль при подготовке специалистов в области химической технологии принадлежит курсовому проектированию типового технологического оборудования нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств.
Ректификация, как процесс, известна с начала ХIХ века как один из важнейших технологических процессов главным образом спиртовой и нефтяной промышленности. В настоящее время ректификацию всё шире применяют в самых различных областях химической технологии, где выделение компонентов в чистом виде имеет весьма важное значение (в производствах органического синтеза, изотопов, полимеров, полупроводников и различных других веществ высокой чистоты). Таким образом, процесс ректификации позволяет решить одну из главных задач химической технологии – выделение целевых продуктов требуемой чистоты.
Ректификация – это процесс разделения жидких смесей, который сводится к одновременно протекающим и многократно повторяемым процессам частичного испарения и конденсации разделяемой смеси на поверхности контакта фаз. Ректификационные колонны предназначены для проведения процессов массообмена в химической, нефтехимической промышленности. В зависимости от диаметра, колонные аппараты изготавливают с тарелками различных типов [1].
Наряду с общими требованиями (высокая интенсивность единицы объема аппарата, его стоимость и т.д.) ряд требований может определяться спецификой производства: большим интервалом устойчивой работы при изменении нагрузок, способность тарелки работать в среде загрязненных жидкостей, защиты от коррозии и т.п. Зачастую эти качества становятся превалирующими, определяющими, пригодность конструкции для использования в каждом конкретном процессе [2].
Целью курсового проекта является расчет типового для нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств химико-технологического процесса: проектирование ректификационной колонны для разделения многокомпонентных смесей. Выполнение курсового проекта позволяет освоить современные методы технологических расчетов с использованием компьютерной техники.
Расчет ректификационной колонны сводится к определению основных геометрических размеров диаметра и высоты. Оба параметра в значительной мере определяются нагрузками по пару и жидкости, типом тарелки, свойствами взаимодействующих фаз.
?
1. Теоретические основы процесса
Особенности нефти как сырья процессов перегонки
Нефть и нефтяные смеси как сырье для ректификации характеризуются рядом специфических свойств, обусловливающих некоторые особенности в технологии их переработки.
1. Нефть и особенно ее высококипящие фракции и остатки характеризуются невысокой термической стабильностью. Для большинства нефтей температура термической стабильности соответствует температурной границе деления примерно между дизельным топливом и мазутом по кривой ИТК, то есть ~350 - 360 °С. Нагрев нефти до более высоких температур будет сопровождаться ее деструкцией и, следовательно, ухудшением качества отбираемых продуктов перегонки. В этой связи перегонку нефти и ее тяжелых фракций проводят с ограничением по температуре нагрева. В условиях такого ограничения для выделения дополнительных фракций нефти, выкипающих выше предельно допустимой температуры нагрева сырья, возможно использовать практически единственный способ повышения относительной летучести компонентов - перегонку под вакуумом. Так, перегонка мазута при остаточных давлениях в зоне питания вакуумной колонны =100 и =20 мм рт. ст. (=133 и 30 гПа) позволяет отобрать газойлевые (масляные) фракции с температурой конца кипения соответственно до 500 и 600 °С. Обычно для повышения четкости разделения при вакуумной (а также и атмосферной) перегонке применяют подачу водяного пара для отпаривания более легких фракций. Следовательно, с позиций термической нестабильности нефти технология ее глубокой перегонки (то есть с отбором фракций до гудрона) должна включать как минимум 2 стадии: атмосферную перегонку до мазута с отбором топливных фракций и перегонку под вакуумом мазута с отбором газойлевых (масляных) фракций и в остатке гудрона.
2. Нефть представляет собой многокомпонентное сырье с непрерывным характером распределения фракционного состава и соответственно летучести компонентов. Расчеты показывают, что значение коэффициента относительной летучести непрерывно (экспоненциально) убывает по мере утяжеления фракций нефти, а также по мере сужения температурного интервала кипения фракций. Эта особенность нефтяного сырья обусловливает определенные ограничения как на четкость погоноразделения, особенно относительно высококипящих фракций, так и по отношению к «узости» фракций. С экономической точки зрения, нецелесообразно требовать от процессов перегонки выделить, например, индивидуальный чистый углеводород или сверхузкие фракции нефти. Поэтому в нефтепереработке довольствуются получением следующих топливных и газойлевых фракций, выкипающих в достаточно широком интервале температур: бензиновые н.к. - 140°С (180°С); керосиновые 140 (180) - 240°С; дизельные 240 - 350°С; вакуумный дистиллят (вакуумный газойль) 350-400°С, 400-450°С и 450-500°С; тяжелый остаток - гудрон >490°С (>500°С). Иногда ограничиваются неглубокой атмосферной перегонкой нефти с получением в остатке мазута >350°С, используемого в качестве котельного топлива.
3. Высококипящие и остаточные фракции нефти содержат значительное количество гетероорганических смолисто-асфальтеновых соединений и металлов, попадание которых при перегонке в дистилляты резко ухудшает их эксплуатационные характеристики и значительно усложняет последующую их переработку. Это обстоятельство обусловливает необходимость организации четкой сепарации фаз в секции питания атмосферной и особенно вакуумной колонн. Эффективная сепарация фаз в секции питания колонн достигается установкой специальных сепараторов (отбойных тарелок, насадок и т.д.), улавливающих мельчайшие капли (туман, пена, брызги) кубовой жидкости, а также промывкой потока паров стекающей жидкостью в специальной промывной тарелке. Для этого и с целью повышения разделительной способности нижних тарелок сепарационной секции колонны необходимо обеспечить некоторый избыток орошения, называемый избытком однократного испарения, путем незначительного перегрева сырья (но не выше предельно допустимой величины). Доля отгона при однократном испарении в секции питания колонны должна быть на 2 -5 % больше выхода продуктов, отбираемых в виде дистиллята и боковых погонов.
Общие сведения о перегонке и ректификации нефти и газов
Перегонка (дистилляция) - это процесс физического разделения нефти и газов на фракции (компоненты), различающиеся друг от друга и от исходной смеси по температурным пределам (или температуре) кипения. По способу проведения процесса различают простую и сложную перегонку.
Простая перегонка осуществляется постепенным, однократным или многократным испарением.
Перегонка с постепенным испарением состоит в постепенном нагревании нефти от начальной до конечной температуры с непрерывным отводом и конденсацией образующихся паров. Этот способ перегонки нефти и нефтепродуктов в основном применяют в лабораторной практике при определении их фракционного состава.
При однократной перегонке жидкость (нефть) нагревается до заданной температуры, образовавшиеся и достигшие равновесия пары однократно отделяются от жидкой фазы — остатка. Этот способ, по сравнению с перегонкой с постепенным испарением, обеспечивает при одинаковых температуре и давлении большую долю отгона. Это важное его достоинство используют в практике нефтеперегонки для достижения максимального отбора паров при ограниченной температуре нагрева во избежание крекинга нефти.
Перегонка с многократным испарением заключается в последовательном повторении процесса однократной перегонки при более высоких температурах или низких давлениях по отношению к остатку предыдущего процесса. г я
Из процессов сложной перегонки различают перегонку с дефлегмацией и перегонку с ректификацией.
При перегонке с дефлегмацией образующиеся пары конденсируют и часть конденсата в виде флегмы подают навстречу потоку пара. В результате однократного контактирования парового и жидкого потоков уходящие из системы пары дополнительно обогащаются низкокипящими компонентами, тем самым несколько повышается четкость разделения смесей.
Перегонка с ректификацией - наиболее распространенный в химической и нефтегазовой технологии массообменный процесс, осуществляемый в аппаратах - ректификационных колоннах - путем многократного противоточного контактирования паров и жидкости. Контактирование потоков пара и жидкости может производиться либо непрерывно (в насадочных колоннах) или ступенчато (в тарельчатых ректификационных колоннах). При взаимодействии встречных потоков пара и жидкости на каждой ступени контактирования (тарелке или слое насадки) между ними происходит тепло- и массообмен, обусловленные стремлением системы к состоянию равновесия. В результате каждого контакта компоненты перераспределяются между фазами: пар несколько обогащается низкокипящими, а жидкость - высококипящими компонентами. При достаточно длительном контакте и высокой эффективности контактного устройства пар и жидкость, уходящие из тарелки или слоя насадки, могут достичь состояния равновесия, то есть температуры потоков станут одинаковыми, и при этом их составы будут связаны уравнениями равновесия. Такой контакт жидкости и пара, завершающийся достижением фазового равновесия, принято называть равновесной ступенью, или теоретической тарелкой. Подбирая число контактных ступеней и параметры процесса (температурный режим, давление, соотношение потоков, флегмовое число и др.), можно обеспечить любую требуемую четкость фракционирования нефтяных смесей.
Место ввода в ректификационную колонну нагретого перегоняемого сырья называют питательной секцией (зоной), где осуществляется однократное испарение. Часть колонны, расположенная выше питательной секции, служит для ректификации парового потока и называется концентрационной (укрепляющей), а другая - нижняя часть, в которой осуществляется ректификация жидкого потока - отгонной, или исчерпывающей секцией.
Различают смеси из двух компонентов (бинарные), многокомпонентные и сложные (непрерывные). К сложным смесям относятся нефть и ее фракции.
На практике ректификация, как и всякий диффузионный процесс, осуществляется в противотоке пара и жидкости, что обеспечивает различие температур и неравновесность составов встречных потоков. Жидкое орошение при ректификации паров создается путем конденсации части парового потока в верхней части колонны, а паровое орошение при ректификации жидкости — путем испарения части жидкости в нижней части колонны.
К современным ректификационным аппаратам предъявляются следующие требования: высокая разделительная способность и производительность, достаточная надежность и гибкость в работе, низкие эксплуатационные расходы, небольшой вес и, наконец, простота и технологичность конструкции. Последние требования не менее важны, чем первые, поскольку они не только определяют капитальные затраты, но и в значительной мере влияют на величину эксплуатационных расходов, обеспечивают легкость и удобство изготовления аппарата (особенно при серийном изготовлении), монтажа и демонтажа, ремонта, контроля, испытания, а также безопасность эксплуатации и пр.
В настоящее время особенно важное значение приобретает на-дежность работы ректификационных аппаратов установок, производящих сырье для нефтехимических процессов, в связи с тем, что указанные установки стоят во главе целого нефтехимического комплекса, стоимость которого во много раз превышает стоимость самих установок. Кроме того, установки, производящие сырье для нефтехимических комплексов (например, этиленовые установки), строятся в начале и до освоения остальных комплексов работают не на полную мощность. Таким образом, оборудование указанных производств должно работать надежно в широком диапазоне изменения нагрузок—сначала при малых и затем при полных проектных нагрузках.
Кроме перечисленных выше требований ректификационные аппараты должны отвечать также требованиям государственных стандартов, ведомственных нормалей и инспекции Госгортехнадзора.
Классификация ректификационных колонн и их контактных устройств
Применяемые в нефте- и газопереработке ректификационные колонны подразделяются:
1) по назначению для:
- атмосферной и вакуумной перегонки нефти и мазута;
- вторичной перегонки бензина;
- стабилизации нефти, газоконденсатов, нестабильных бензинов;
- фракционирования нефтезаводских, нефтяных и природных газов;
- отгонки растворителей в процессах очистки масел;
- разделения продуктов термодеструктивных и каталитических процессов переработки нефтяного сырья и газов и т.д.;
2) по способу межступенчатой передачи жидкости:
- с переточными устройствами (с одним, двумя или более);
- без проточных устройств провального типа;
3) по способу организации контакта парогазовой и жидкой фаз:
- тарельчатые;
- насадочные;
- роторные.
По типу применяемых контактных устройств наибольшее распространение получили тарельчатые, а также насадочные ректификационные колонны.
В ректификационных колоннах применяются сотни различных конструкций контактных устройств, существенно различающихся по своим характеристикам и технико-экономическим показателям. При этом в эксплуатации находятся наряду с самыми современными конструкциями контактные устройства таких типов (например, желобчатые тарелки и др.), которые, хотя и обеспечивают получение целевых продуктов, но не могут быть рекомендованы для современных и перспективных производств.
При выборе типа контактных устройств обычно руководствуются следующими основными показателями: а) производительностью; б) гидравлическим сопротивлением; в) коэффициентом полезного действия; г) диапазоном рабочих нагрузок; д) возможностью работы на средах, склонных к образованию смолистых или других отложений; е) материалоемкостью; ж) простотой конструкции; удобством изготовления, монтажа и ремонта.
Для того, чтобы легче ориентироваться во всем многообразии имеющихся конструкций, ниже (рис. 1) приводим классификацию контактных устройств, применяемых не только в ректификационных, но и абсорбционных и экстракционных процессах разделения смесей. В соответствии с этой классификацией тарельчатые контактные устройства подразделяются:
- по способу организации относительного движения потоков контактирующих фаз на противоточные, прямоточные, перекрестно- точные и перекрестно-прямоточные;
- по регулируемости сечения контактирующих фаз на тарелки с нерегулируемым и регулируемым сечениями.

Технологическая схема аппарата зависит от состава разделяемой смеси, требований к качеству получаемых продуктов, от возможностей уменьшения энергетических затрат, назначения аппарата, его места в технологической цепочке всей установки и от многих других факторов, учесть которые для однозначной рекомендации по выбору технологической схемы аппарата просто невозможно. Выбор технологической схемы зачастую производится интуитивно или на основе опыта промышленной эксплуатации, например, при разделении сложных смесей. Однако в большинстве случаев при выборе технологической схемы аппарата определяющими являются перечисленные выше факторы. Учитываются также известные схемы ведущих аппаратов различных установок. Это позволяет более обоснованно подойти к выбору технологической схемы вновь проектируемой колонны хотя бы в первом приближении. Следует отметить также, что правильный выбор технологической схемы вновь проектируемого аппарата или улучшение существующей схемы в целом ряде случаев позволяет получить более замет-ный эффект (улучшение качества продуктов, увеличение производительности аппарата, снижение энергетических затрат).
Для разделения бинарных или многокомпонентных смесей на 2 компонента достаточно одной простой колонны (если не предъявляются сверхвысокие требования к чистоте продукта). Для разделения же многокомпонентных непрерывных или дискретных смесей на более чем 2 компонента (фракции) может применяться одна сложная колонна либо система простых или сложных колонн, соединенных между собой в определенной последовательности прямыми или обратными паровыми или (и) жидкими потоками. Выбор конкретной схемы и рабочих параметров процессов перегонки определяется технико-экономическими и технологическими расчетами с учетом заданных требований по ассортименту и четкости разделения, термостабильности сырья и продуктов, возможности использования доступных и дешевых хладоагентов, теплоносителей и т.п.

Различают простые и сложные колонны.
Простые колонны обеспечивают разделение исходной смеси (сырья) на два продукта: ректификат (дистиллят) - выводимый с верха колонны в парообразном состоянии, и остаток - нижний жидкий продукт ректификации.
Сложные ректификационные колонны разделяют исходную смесь более чем на два продукта. Различают сложные колонны с отбором дополнительных фракций непосредственно из колонны в виде боковых погонов и колонны, у которых дополнительные продукты отбирают из специальных отпарных колонн, именуемых стриппингами. Рисунок 2. Последний тип колонн нашел широкое применение на установках первичной перегонки нефти.

Рис. 2 Схемы сложных ректификационных колонн: а - с боковыми отборами дополнительных продуктов, б - с отбором дополнительных продуктов из стриппингов. 1 - основная колонна, 2 - конденсатор, 3 - основной кипятильник, 4,5 - стриппиш и, 6,7 -дополнительные испарители. В.п. - ввод водяного пара.

С различных по высоте колонны тарелок отбираются боковые погоны, которые отводятся на верхнюю тарелку боковых отпарных (стриппинг колонн). Под нижнюю тарелку стриппинг колонны подаётся навстречу потоку жидкости водяной пар, с температурой чуть выше кипения данной фракции. С низа каждой секции отбирается нужная фракция. А водяной пар вместе с легкокипящим компонентом возвращается в основную колонну. Таким образом, отпарные колонны служат отгонными частями, выделенные в самостоятельные колонны. Необходимость их использования заключатся и в том, что в целевом продукте, в результате недостаточно чёткого разделения, могут находиться более легкокипящие фракции, т.е. происходит наложение фракции. Это значит, например, что в отбираемой фракции может находиться некоторое количество другой фракции. Поэтому без дополнительной ректификации качество не будет соответствовать заданным нормам.
На рисинке 3 показана схема работы сложной ректификационной колонны с отпарными секциями.

Рис.3 Варианты подачи орошения в сложную ректификационную колонну:
1-ректификационная колонна; 2, 8,10,13,14 – насосы; 3- теплообменник; 4,6-водяные холодильники; 5-воздушный конденсатор холодильник; 7-приемник орошения и водоотводитель; 9, 11, 12-отпарные выносные колонны (стриппинги);
I-нефть; II-V-дистилляты; VI-острое орошение; VII-промежуточное циркуляционное орошение; VIII-мазут, IX-углеводородный газ, X-водяной пар, XI-водяной конденсат.

Обычно наверх атмосферной колонны в качестве острого орошения подают верхний дистиллят, а в различные точки по высоте колонны – несколько промежуточных циркуляционных орошений. Для осуществления циркуляционного орошения часть флегмы забирается с тарелки, проходит через теплообменник, отдаёт своё тепло, и охладившись до заданной температуры, поступает на тарелку выше той, с которой забиралась флегма на охлаждение. При этом поддерживается определённый температурный режим на тарелке отбора флегмы, и создаются условия, необходимые для поддержания потока флегмы на нижележащих тарелках. Циркуляционных орошений может быть вплоть до трёх.
Промежуточное орошение чаще всего отводят с одной из тарелок, расположенных непосредственно ниже точки вывода бокового дистиллята (погона) в выносную отпарную колонну. По другому варианту в качестве промежуточного орошения используют сам боковой погон, который после охлаждения возвращают в колонну выше или ниже точки ввода в неё паров из отпарной выносной колонны.
Применение промежуточного циркуляционного орошения позволяет рационально использовать избыточное тепло колонны для подогрева нефти в теплообменниках, при этом выравниваются нагрузки по высоте колонны, что обеспечивает оптимальные условия её работы. Верхним боковым потоком отбирают керосиновую фракцию, затем лёгкую дизельную фракцию и ещё ниже более тяжёлую дизельную.
Чёткость и эффективность ректификации зависит от способа контактирования паров и жидкости. Контакт паров и жидкости в вертикальных цилиндрических аппаратах - колоннах, снабжённых специальными ректификационными тарелка или насадками, обеспечивающих тесный контакт поднимающихся вверх по колонне паров и стекающим им навстречу жидкостям.
Выбор типа тарелок
Как и для всех массобменных процессов эффективность ректификации зависит от поверхности контакта фаз. Для увеличения поверхности массобмена используют различные контактные устройства насадочного или барботажного типа. Наиболее распространенными ректификационными установками являются барботажные колонны с различными типами тарелок: колпачковыми, ситчатыми, провальными и т.п. В ректификационных и абсорбционных колоннах, применяемых в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, используют несколько типов тарелок, область применения которых зависит главным образом от нагрузок по пару и жидкости и от их физических свойств.
Необходимость применения тарелок различных типов диктуется также спецификой и особенностями работы нефтеперерабатывающих и газобензиновых заводов, например производительностью различных связанных между собой установок, которая зависит не только от количества исходного сырья, но и от его состава. Наиболее универсальны колонны с колпачковыми тарелками.
Колпачковая тарелка (рис.4) состоит из основания в виде диска 1, перекрывающего большую часть сечения колонны. В диске имеются круглые отверстия, в которых установлены патрубки 2, над которыми крепятся колпачки 3. В нижней части колпачка имеются прорези. Тарелка имеет переливные устройства, сливную регулируемую планку 4 и иногда — затворную перегородку 5. Как правило, колпачки располагаются в вершинах равностороннего или равнобедренного треугольника, а ряды колпачков — перпендикулярно потоку жидкости.


Рис. 4 колпачковая тарелка

?

2. Технологическая часть
Рис. 5. Принципиальная схема ректификационной установки:
1 — емкость для исходной смеси; 2, 9 — насосы; 3 — теплообменник-подогреватель; 4— кипятильник; 5 — ректификационная колонна; 6 — дефлегматор; 7 — холодильник дистиллята; 8 — емкость для сбора дистиллята; 10— холодильник кубовой жидкости; // — емкость для кубовой жидкости
Описание схемы
Принципиальная схема ректификационной установки представлена на рисунке 5. Исходную смесь из промежуточной емкости 1 центробежным насосом 2 подают в теплообменник 3, где она подогревается до температуры кипения. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну 5 на тарелку питания, 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 Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка xw, т. е. обеднен легколетучим компонентом. В результате массо-обмена 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 6 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 промежуточную емкость 8.
Из кубовой части колонны насосом 9 непрерывно выводится кубовая жидкость — продукт, обогащенный труднолетучим компонентом, который охлаждается в теплообменнике 10 и направляется в емкость 11.
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).
?
3. Материальный и тепловой баланс
Материальный баланс
Расчет однократного испарения. Уравнение материального баланса в мольных единицах имеет вид:
(3.1)
где F – число молей исходного сырья;
W и P – число молей жидкости и пара в смеси;
xFi, xWi и yPi – мольные доли компонента в смеси, жидкости и паре.
Так как число молей исходного сырья известно, то число молей жидкости и пара можно выразить через долю отгона e, а мольную долю компонента в паре через уравнение равновесия
(3.2)
где ki – константа равновесия при заданной температуре.
Тогда уравнение (1) примет вид
(3.3)
Сокращая на F, выражая xWi через остальные слагаемые и суммируя уравнения по всем компонентам, получим
(3.4)
Для увеличения точности расчетов и при малой доле отгона целесообразно использовать аналогичное (4) уравнение, записанное относительно паровой фазы:
(3.5)

Вычисляя значения констант равновесия компонентов по какой-либо формуле, например, по уравнению Ашворта, и решая нелинейное уравнение (4 или 5) относительно доли отгона любым численным методом, можно определить долю отгона и рассчитать составы фаз по уравнениям:
(3.6)
(3.7)
Расчет однократной конденсации. Уравнение материального баланса в мольных единицах имеет вид:
(3.8)
где P– число молей исходного пара;
B и G – число молей жидкости и пара после конденсации;
yPi, yGi, и xBi – мольные доли компонента в соответствующей фазе.
Обозначая долю конденсата q и, рассуждая аналогично предыдущему, получим соответствующие уравнения для определения q и составов сосуществующих фаз.
(3.9)
Откуда
(3.10)
и (3.11)
(3.12)
Константы фазового равновесия псевдокомпонентов можно определять по законам идеальных газов как отношение давления насыщенных паров Pi к общему давлению в системе P:
(3.13)
Для процессов однократного испарения нефтяных смесей значения Pi рекомендуется определять по уравнению Ашворта:
Давление насыщенных паров углеводородов и нефтяных фракций P, (МПа), обычно рассчитывают по уравнению Ашворта:
(3.14)
где Т – температура однократного испарения, К;
Т0 - температура кипения при 0,1 МПа, К,
Р – давление насыщенного пара, Па
(3.15)
(3.16)
Где Т-температура однократного испарения К;
- температура кипения при 0,1 МПа, К;
Р-давление насыщенного пара,Па.
Тепловой баланс
В задачу теплового расчета входит определение тепловой нагрузки на конденсатор.
Количество тепла с дистиллятом:
(3.17)
где - это расход пара, поступающего в дефлегматор, удельная теплота конденсации дистиллята и удельная теплота парообразования дистиллята соответственно.
Расход теплоты в дефлегматоре равно:



4. Технологический расчет
Расчет скорости пара при разделении фаз
Допускаемая скорость парового потока wп в свободном сечении аппарата определялась по уравнению Обрядчикова и Хохрякова
, (4.1)
где rж - плотность жидкости, кг/куб.м;
rп - плотность пара, кг/куб.м.

Диаметр ректификационной колонны
Диаметр любой ректификационной колонны определяется из уравнения расхода:
(4.2)
где Dk – внутренний диаметр колонны, м;
V0 – объемный расход пара в колонне, м3/с;
w0 – допустимая скорость пара, м/с....


?
Заключение
В результате проведенного итерационного расчета определили основные размеры проектируемой колонны, также выполнили конструкционный расчет.
В работе использовался итерационный метод расчета высоты сложной колонны по методу Андервуда с использованием формул Фенске - Андервуда. Все необходимые для расчета колонны свойства определяли эмпирическими методами.
Был произведен материальный и тепловой расчет ректификационной колонны непрерывного действия для разделения легких прямогонных дистиллятов. Продукты: ректификат - прямогонные бензиновые фракции, кубовый остаток.
Диаметр колонны 400 мм., ориентировочная высота тарельчатой части колонны 7140 мм, общая высота 9540 мм. Тип тарелок - Колпачковые TCK-I. общее число тарелок - 17. Выбираем тарелку ТСК-1 диаметром 400 мм. Периметр слива L = 0,325 м, диаметр колпачка dк = 60 мм, количество колпачков – 7, расстояние между колпачками – 90 мм. Суммарная площадь прорезей всех колпачков – 6,35%.
Обобщив все имеющиеся данные можно составить следующее описание колонны, предназначенной для разделения многокомпонентной смеси. На питание в колонну поступает смесь при температуре 162 °С с расходом 12500 кг/ч. Температура в кубе колонны составляет 230 °С и отбор кубового остатка составляет 2820,3 кг/ч. Верх колонны отбираются пары, которые конденсируясь, отбираются в виде дистиллята с расходом 9679,7 кг/ч и идут на орошение колонны в виде флегмы. Температурой верха колонны составляет 95 °С, флегмовое число 1,62628. Процесс разделения осуществляется при Давлении: верха колонны 0,130 МПа, низа 0,180 МПа.
Рассчитана изоляция колонны, её толщина составляет 30,00 мм (в качестве изоляционного материала был выбран асбест). Контроль процесса осуществляется: термометрами сопротивления, манометрами и расходомерами.
Список использованной литературы
1. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1973.-752 с.
2. А.А Кузнецов, С.М. Кагерманов, Е.Н. Судаков. Расчеты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности. - Л.:Химия, 1974. – 344 с.
3. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. -Л.: Химия, 1987.-576 с.
4. Машины и аппараты химических производств. Под ред. И.И.Чернобыльского. Изд.З-е перераб. и доп.-М.: Машиностроение, 1975.-456 с.
5. Бакластов A.M., Горбенко В.А., Удыма П.Г. Проектирование, монтаж и эксплуатация тепломассообменных установок.-М.:Энергоиздат, 1981.-336 с.
6. Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии: Учебник длятехникумов.-Л.: Химия, 1981.-352с.
7. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/ Г.С.Борисов, В.П.Брыков, Ю.И.Дытнерский и др. Под ред. Ю.И.Дытнерского, 2-е изд. перераб. и доп.М.: Химия, 1991.-496 с.
8. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры.-Л. Машиностроение, 1970-752 с.
9. Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов: Справочник.-Л.: Машиностроение, Ленинградское отд-е, 1981.-382 с.
10. 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.


Приложение А

Приложение Б
Спецификация к сборочному чертежу колонны. Представлено на отдельном листе.
?
Приложение В
Спецификация к сборочному чертежу контактного устройства. Представлено на отдельном листе.



Перейти к полному тексту работы


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


Смотреть похожие работы

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