Описание технологической схемы установки.

Описание технологической схемы 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; 11 – емкость для кубовой жидкости

Рис. 1.  Принципиальная схема ректификационной установки.

Принципиальная схема ректификационной установки представлена на рис.1. Исходную смесь из промежуточной емкости 1 центробежным

насосом 2 подают в теплообменник 3, где она подогревается до температуры кипения 53,7ºС. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну 5 на тарелку питания, где состав жидкости равен составу исходной смеси x_p.

Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с

поднимающимся вверх паром t=143ºC, образующимся при кипении в кубовой жидкости в кипятильнике 4. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка x_w, т.е. обеднен легколетучим компонентом и включает труднолетучий компонент - четыреххлористый углерод. В результате массообмена с жидкостью пар обогащается легколетучим компонентом. Для более полного обогащения верхнюю часть колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом (это отношение количества флегмы к количеству дистиллята) R=1,47 жидкостью (флегмой) состава x_p, 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 тип кожухотрубчатый и направляется в емкость для сбора 11, выполненной из стали марки ОХ17Т обладающей повышенной сопротивляемостью межкристаллической коррозии.

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).

Технологические расчеты.

Материальный баланс колонны

 

Мольные доли исходной смеси, дистиллята и кубового остатка:

 = (0,40/76)/[(0,40/76)+(0,60/154)]=0,6 (1.1)

 

= (0,95/76)/[(0,95/76)+(0,05/154)]=0,98

= (0,05/76)/[(0,05/76)+(0,95/154)]=0,097

 

Уравнение материального баланса

F = D + W;                                                                           (1.2)

F _F = D  + W ,

где _F, ,  – массовые концентрации н.к.к.,

   F = 2,0 кг/с – расход исходной смеси или производительность,

D – расход дистиллята,

W – расход кубового остатка,

отсюда находим:

W = F(  – )/(  – ) = 2×(0,95 – 0,40)/(0,95 – 0,05) = 1,2 кг/с

D = F – W = 2 – 1,2 = 0,8 кг/с.

 

3.2 Определение рабочего флегмового числа

Рис. 2. Диаграмма равновесия между паром и жидкостью в координатах

Y-X.

Из диаграммы получим 0,8 кмоль/кмоль смеси.

Нагрузки ректификационной колонны по пару и жидкости определяются рабочим флегмовым числом R; его оптимальное значение R_опт можно найти путем технико-экономического расчета. Ввиду отсутствия надежной методики оценки R_опт используют приближенные вычисления, основанные на определении коэффициента избытка флегмы (орошения): b = R/ R_min , где R_min — минимальное флегмовое число:

                                                      (1.3)

                                  

 

При этом коэффициент избытка флегмы будет равен:

                                    

Построение рабочих линий

Уравнения рабочих линий:

верхняя часть:    Y = [R/(R+1)]x + X_D / (R+1)

                        Y = 0,595x + 0,397

нижняя часть:     Y = [(R+f)/(R+1)]x – [(f – 1)/(R + 1)]X_W

                        Y= 1,607x – 0,059

                                f = F / D = 2,0/0,8 = 2,5

Средний мольный состав пара

Средние концентрации пара находим по уравнениям рабочих линий:

а) в верхней части колонны

кмоль/кмоль смеси                                                                                     (4.10)

б) в нижней части колонны

  кмоль/кмоль смеси                                                                                     (4.11)

Средние мольные массы пара

а) в верхней части колонны

       кг/кмоль

                                                                                                (4.12)

б) в нижней части колонны

       кг/кмоль

                                                                                                       (4.13)

Температуры паров.

Рис.3 Диаграмма равновесия между паром и жидкостью в координатах t-x,y.

 

Температура кипения исходной смеси    53,7 ⁰С

Температура кипения дистиллята           46 ⁰С

Температура кипения кубового остатка  70,8 ⁰С

а) Средняя температура пара в верхней части колонны

            при                            ⁰С

б) Средняя температура пара в нижней части колонны

            при                            ⁰С

 

 

    5.2 Плотности паров в колонне

а) в верхней части колонны

                  кг/м³           (5.1)

б) в нижней части колонны

                   кг/м³          (5.2)

Средняя плотность пара в колонне:

             кг/м³                                (5.3)

 

Диаметр колонны

 

Объемный расход проходящего через колонну пара при средней температуре в колонне . Имеем:

             

где М_Р – мольная масса дистиллята, Р - расход дистиллята.

           

Диаметр колонны:

            

По каталогу-справочнику «Колонные аппараты» выбираем D=1000мм [8, стр 4].

 Тогда действительная скорость пара в колонне будет:

           

 

 

Тепловой расчет установки

Расход тепла, отдаваемого охлаждающей воде в дефлегматоре-конденсаторе:

              Q_D = D (1 + R)∙ r_D

Здесь:    ,

где r_су и r_чу – удельные теплоты конденсации CS₂ и CCl₄.

r_су= 349,5∙10³ Дж/кг

r_чу= 96,6∙10³ Дж/кг

     r_D = 0,9 8∙ 3 49, 5∙10³+ (1 – 0,9 8) ∙ 196, 6∙10³ = 3 46, 4∙10³ Дж/кг

Расход тепла, получаемого в кубе-испарителе от греющего пара:

Q_к = Q_D + D∙ c_P∙ t_P + W∙ c_W∙ t_W – F∙ c_F∙ t_F + Q_пот

Тепловые потери Q_пот принимаем в размере 3% от полезно затрачиваемого тепла; удельные теплоемкости взяты соответственно:

при t_F = 53,7 ^o C: c_су= 1005 Дж/кг К c_ху= 851 Дж/кг К

c_F= X_F ∙ c_су (1- X_F)∙ c_ху = 0,6∙1005+(1-0,6)∙851=1546 Дж/кг К

     

     при t_D = 46 ^o C: c_су = 1005 Дж/кг К c_ху = 872 Дж/кг К

c_D= X_D ∙ c_су (1- X_D)∙ c_ху = 0,98∙1005+(1-0,98)∙872=1002 Дж/кг К

        

     при t_W = 70,8 ^o C: c_су = 1026 Дж/кг К c_ху = 872 Дж/кг К

    c_W= X_W ∙ c_су (1- X_W)∙ c_ху = 0,097∙1026+(1-0,097)∙872=887 Дж/кг К

Температура кипения исходной смеси t_F =53,7^оС определена по рисунку 3.

 Вт

Расход тепла в паровом подогревателе исходной смеси:

Q = 1,05 G_Fc_F( t_F – t_нач ),

Здесь тепловые потери приняты в размере 5%, удельная теплоемкость исходной смеси c_F= X_F ∙ c_су (1- X_F)∙ c_ху взятая при средней

 

температуре : c_су= 975 Дж/кг К c_ху= 732 Дж/кг К

c_F= 0,6∙975+(1-0,6)∙732=877 Дж/кг К

 Вт

Расход тепла, отдаваемого охлаждающей воде в водяном холодильнике дистиллята:

Q = D∙ c_D∙( t_Р – t_кон),

где с _D = X_D ∙ c_су (1- X_D)∙ c_ху – удельная теплоемкость дистиллята при средней температуре С: c_су= 973 Дж/кг К c_ху= 801 Дж/кг К

c_D = 0,98∙973+(1-0,98)∙801=953,6 Дж/кг К

 Вт

Расход тепла, отдаваемого охлаждающей воде в водяном холодильнике кубового остатка:

Q = W∙c_W(t_W – t_кон),

где удельная теплоемкость кубового остатка с_W = X_W ∙ c_су (1- X_W)∙ c_ху взята при средней температуре :  c_су = 980 Дж/кг К

c_ху = 751 Дж/кг К

c_W = 0,097∙980+(1-0,097)∙751=778,5 Дж/кг К

 Вт

Расход греющего пара, имеющего давление р_абс = 4 атм и влажность 5%:

а) в кубе-испарителе

 , кг/с

где r_{r, n} = 2141∙10³ Дж/кг – удельная теплота конденсации греющего пара.

б) в подогревателе исходной смеси

 

 

Всего 0,282 + 0,031 = 0,313 кг/с.

Расход охлаждающей воды при нагреве ее на 20^оС:

а) в дефлегматоре

б) в водяном холодильнике дистилята

в) в водяном холодильнике кубового остатка

Всего 8,16+0,33+0,68=9,17  м³/с.

 

Заключение.

В процессе проделанной работы была рассчитана ректификационная установка для разделения смеси сероуглерод–четыреххлористый углерод. Были подобраны и рассчитаны параметры дополнительных аппаратов: дефлегматора и насосов, выбран тип колонны – тарельчатая и в соответствии с этим ситчатые тарелки марки ТС. Был рассчитан тепловой,

гидравлический и материальный баланс установки.

Первый компонент бинарной смеси сероуглерод является агрессивным компонентом, содержащим серу, используется в основном в химической промышленности, поэтому данная технологическая схема имеет жесткие требования к технике безопасности и выбрана как наиболее эффективная.

Подбор вспомогательного оборудования был осуществлен с учетом подачи исходной смеси, а также в соответствии с техническими, санитарно-гигиеническими требованиями к процессу ректификации. 

Рассчитанная установка удовлетворяет технологическому заданию и может быть использована в производстве каучука, искусственного шелка-вискозы, средств пожаротушения и получения различных химических реагентов, то есть может быть задействована в различных отраслях химического производства, где задействованы агрессивные среды.

 

Список литературы

1. http://www.allpumps.ru/catalog/pump.php?id_titles=60

2. http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/3870.html

3. Технологический расчет ректификационной колонны: метод.

указания к курсовому проектированию / М.А. Кутузова, А.В.

Дмитриев, А.Г. Кутузов. – Казань: Изд-во Казан. гос. технол. ун-

та; 2008. - 76 с.

4. Общий курс процессов и аппаратов химической технологии:

Учебник: В 2 кн. / под ред. Айнштейна В.Г.- М.: Университетская книга; Логос; Физматкнига, 2006. Кн.2. 930 с.: ил.

5. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию / под ред. Дытнерского Ю.И. — М.: Химия, 1991. - 496 с.

6. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по

курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие. Л.: Химия, 1987. – 576с.

7. И.А. Иоффе «Проектирование процессов и аппаратов химической        технологии» Л. Химия 1991г. – 352с.

8. Каталог «Колонные аппараты» 1978. – 310с.

9. Гендин Д.В., Янчуковская Е.В. Аппараты химической технологии.

Учебное пособие.- Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2005.- 40с.

10. И.А. Иоффе «Проектирование процессов и аппаратов химической        технологии» Л. Химия 1991г. – 352с.

 

Содержание

Задание на проектирование

Введение                                                                                                      4

1. Описание технологической схемы установки                                     6

2. Основные свойства рабочих сред                                                         8

3. Технологические расчеты                                                                     9

3.1. Материальный баланс колонны                                                        9

3.2. Определение рабочего флегмового числа                                 10

3.3. Построение рабочих линий                                                         11

4. Определение объемов пара и жидкости, проходящих через колонну 12

4.1. Средний мольный состав жидкости                                            12

4.2. Средние мольные массы жидкости                                             12

4.3. Средние массовые расходы (нагрузки) по жидкости                12

4.4. Средний мольный состав пара                                                     13

4.5. Средние мольные массы пара                                                      13

4.6. Средние массовые потоки пара                                                    13

5. Расчет скорости пара и диаметра колонны                                         14                                                                             

5.1. Температуры паров                                                                        14                                                                            

5.2. Плотности паров в колонне                                                           14                                                               

5.3. Плотности жидкостей в колонне                                                  15                                                  

5.4. Предельная скорость паров в колонне                                         15

5.5. Диаметр колонны                                                                                 16

6. Гидравлический расчет тарелок                                                            17                                                           

7. Определение числа тарелок и высоты колонны                                  21

8. Тепловой расчет установки                                                                   24

9. Подробный расчет дефлегматора                                                         27

9.1. Тепловой расчет и подбор дефлегматора                                    27

9.2. Гидравлический расчет дефлегматора                                         29

10. Подбор насоса для подачи исходной смеси в колонну                      32

Заключение                                                                                                   34

Список литературы                                                                                       35

 

Описание технологической схемы 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; 11 – емкость для кубовой жидкости

Рис. 1.  Принципиальная схема ректификационной установки.

Принципиальная схема ректификационной установки представлена на рис.1. Исходную смесь из промежуточной емкости 1 центробежным

насосом 2 подают в теплообменник 3, где она подогревается до температуры кипения 53,7ºС. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну 5 на тарелку питания, где состав жидкости равен составу исходной смеси x_p.

Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с

поднимающимся вверх паром t=143ºC, образующимся при кипении в кубовой жидкости в кипятильнике 4. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка x_w, т.е. обеднен легколетучим компонентом и включает труднолетучий компонент - четыреххлористый углерод. В результате массообмена с жидкостью пар обогащается легколетучим компонентом. Для более полного обогащения верхнюю часть колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом (это отношение количества флегмы к количеству дистиллята) R=1,47 жидкостью (флегмой) состава x_p, 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 тип кожухотрубчатый и направляется в емкость для сбора 11, выполненной из стали марки ОХ17Т обладающей повышенной сопротивляемостью межкристаллической коррозии.

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).

12345Следующая ⇒

Поделиться: