Проектування ректифікаційної колони для розділення СS2 – CCl4

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 22 Октября 2011 в 20:25, курсовая работа

Краткое описание

Ректифікація широко розповсюджена у багатьох галузях промисловості й призначена для розділення рідких сумішей на практично чисті компоненти або фракції, які відрізняються за температурою кипіння. У хімічній і нафтопереробних технологіях цей процес використовується для розділення нафтопродуктів, зріджених газів, сумішей і повітря, у виробництві спиртів, капролактаму, полівінілхлориду тощо.

Содержание работы

Вступ 3
1 Призначення та область використання розроблюваного виробу 5
2 Технічна характеристика 8
3 Вибір та обґрунтування вибраної конструкції 9
3.1 Огляд апаратурного оформлення даного і аналогічних технологічних
процесів 9
3.2 Опис і обгрунтування конструкції апарату, його основних вузлів
і деталей 9
3.3 Вибір матеріалів для виготовлення основних вузлів деталей апарату 10
3.4 Відповідність конструкції, що розробляється вимогам техніки безпеки
і промислової санітарії 10
4 Розрахунки, що підтверджують працездатність та надійність конструкції 11
4.1 Матеріальний баланс колони й визначення флегмового числа 11
4.2 Витрати рідини в колоні 17
4.3 Витрати пари в колоні 17
4.4 Визначення температурного режиму колони 18
4.5 Визначення теплофізичних властивостей рідини 18
4.6 Визначення теплофізичних властивостей пари 19
4.7 Визначення діаметрів колони 20
4.8 Визначення висоти колони та розрахунок висоти насадок 23
4.9 Розрахунок гідравлічних опорів 29
4.10 Тепловий розрахунок ректифікаційної установки 30
4.11 Гідравлічний розрахунок та вибір насосів 33
4.12 Розрахунок товщини обичайки 33
4.13 Розрахунок товщини днищ 34
4.14 Розрахунок фланцевих з’єднань 35
4.15 Розрахунок штуцерів 36
4.16 Розрахунок опор установки 37
5 Рекомендації, що до монтажу та експлуатації 38
Висновок 40
Перелік посилань 41

Содержимое работы - 1 файл

ПЗ.doc

— 840.50 Кб (Скачать файл)
 

     Крива рівноваги має опуклу форму без  точок зміни кривини. Азеотропна точка відсутня.

     Розрахунок  ведемо аналітичним методом для  випадку ідеальних бінарних сумішей  в умовах незначної зміни потоків  по висоті колони.

     Визначаємо  масову продуктивність колони:

     за початковою сумішшю:

     GF = 6000 кг/год

     кубовий залишок:

      

(1)

     знаходимо величини GD і GW, а саме:

     

     тоді  шукані GD = 2617 кг/год, GW = 3383 кг/год. 

     

     Рисунок 4.2 Діаграма стану 

     Для подальших розрахунків виразимо концентрації живлення, дистиляту й кубового залишку в молярних частках, за загальною формулою:

     живлення:

     

 

     дисцилятний залишок:

     

 

     кубовий залишок:

     

 

     Відносна  молярна витрата живлення:

     

 

     За  діаграмою х, у-t для бінарної суміші «сірковуглець – чотирихлористий вуглець» (рисунок 4.2) визначаємо температуру кипіння суміші початкової концентрації  XF = 0,621

     tк = 53,2 oC;  Tк = tк + 273,15 K = 326,35

     Температури кипіння чистих компонентів:

     сірковуглець                        tнк = 46,6 оС

     чотирихлористий вуглець   tвк = 72,1 oC 

     Таблиця 4.2 - Залежність молярних та мосових долей пари та рідини від температури. 

     
 
 Температура в оС
 
Х в мас. %
Хр в молярних долях Ур в молярних долях
     72,1

     53,2

     46,5

     
       4

      45

     98

      0,078

      0,623

     0,9900

     0,1938

     0,8041

     0,9937

 
 
 
 
 
 

     Розраховуємо  флегмове число:

     визначаємо  мінімальне число флегми по рівнянню :

     

 

     де  - мольну частку води в парі, рівноважному з рідиною живлення, визначаємо по діаграмі y*-x

     Задаючись різними значеннями коефіцієнта  надлишку флегми (β=1,1; 1,3; 1,5; 2,5; 3,0), розраховуємо відповідні флегмові числа. Потім графічно знаходимо число зміни концентрації, побудувавши для кожного значення R відповідну робочу лінію (рисунок 4.3).

     Результати  розрахунків для всіх прийнятих  значень β зведені в таблиці 4.3.  

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рисунок 4.3 Побудова робочої лінії для різних значень R 

                Таблиця 4.3 - Знаходження мінімального флегмового числа..

      Коефіцієнт надлишку флегми β      R      Nс
     1,1      1,06      18
     1,3      1,25      15
     1,5      1,44      13
     2,5      2,41      10
     3,0      2,89      9
 

     За  даними таблиці 4.3 будуємо криву в координатах R- Nс (рисунок 4.4), за якою графічно знаходимо оптимальне флегмове число R = 1,44 і відповідні значення β = 1,5 та  Nс = 13.

       
 
 
 
 
 
 

     Рисунок 4.4 Графік залежності R від N 

     Рівняння  робочих ліній:

     для верхньої частини колони

     

 

     для нижньої частини колони:

     

.

     В результаті розрахунку отримали значення оптимального флегмового числа, що складає 1,44.

  • Витрати рідини в колоні
  •      Метою розрахунку є визначення значення витрат рідини в колоні

         Молярна маса живлення (вихідної суміші):

         

     кг/кмоль

         Середні концентрації рідини

         для верхньої частини колони:

         

     

         для нижньої частин колони:

         

     

         Визначаємо  середні молярні маси рідини у  верхній частині колони і у нижній частині колони:

         

         Середні масові витрати рідини у верхній частині колони і у нижній частині колони:

         

         В результаті розрахунку отримали значення середніх масових витрат рідини у верхній і у нижній частинах колони, що складають 4512,59 кг/год та 1347,3 кг/год відповідно. 

         4.3 Витрати пари в колоні

         Метою розрахунку є визначення значення витрат пари в колоні

         Середні концентрації пари знаходимо з рівнянь  робочих ліній для верхньої частини колони і для нижньої частини колони:

         

         Середні молярні маси пари розраховуємо за формулою:

         для верхньої частини колони і для  нижньої частини колони:

         

         Середні масові потоки пари у верхній частині колони і у нижній частині колони:

         

         В результаті розрахунку отримали значення середніх масових потоків пари у верхній і у нижній частинах колони, що складають 7156,29 кг/год та 10114,14 кг/год відповідно.

         4.4 Визначення температурного режиму колони

         Метою розрахунку є визначення за діаграмою  x,y-t температури рідини та пари у колоні.

         За  діаграмою x,y-t (див. рисунок 4.2) температура рідини у верхній частині колони, коли Xр @ Yр = 0,99, t’L= 46,6 оС , температура рідини в кубі-випарнику, коли ХW = 0,078  -  t’’L = 72,1 oC.

         Середню температуру пари в колоні визначаємо за лінією конденсації діаграми x,y-t

         Для верхньої частини колони, коли y’m=0,88, t’Gm=51 oC, для нижньої частини колони, коли  y”m=0,43 t”Gm=66 oC. 

         4.5 Визначення теплофізичних властивостей рідини

         Метою розрахунку є визначення в'язкості суміші рідин у верхній і нижній частинах колони.

         Теплофізичні  властивості рідини визначаємо за табличними даними. Оскільки у верхній частині  колони впливом на густину рідини вмісту висококиплячого компонента (CCl4) можна знехтувати, густину рідини будемо визначати за густиною CS4. Коли t’L=46.6 oC, ρ’Lm=1221.66 кг/м3.

         У нижній частині колони можна знехтувати впливом на густину вмісту низькокиплячого  компонента (CS4), а густину рідини визначати за густиною CCl4, тому, коли t”L=72,1 oC, ρ”Lm=1490.493 кг/м3.

         В'язкість  CS2 складає,

         коли  tВ= 46.6 оС, μ’LHK=0,278 мПа*с;

         коли  tН = 72 oC, μ”LHK=0,226 мПа*с;

         в'язкість  CCl4

         коли  tВ= 46.6 оС, μ’LВK=0,680 мПа*с;

         коли  tН = 72,1 oC, μ”LBK=0,514 мПа*с.

         В'язкість  суміші взаєморозчинних рідин у  верхній і нижній частинах колони знаходимо за рівняннями.

         Для верхньої частини колони:

         

     мПа*с

         для нижньої частини колони:            мПа*с

         В результаті розрахунку отримали значення в'язкості суміші у верхній (0,331 мПа*с) і нижній частинах колони (0,386 мПа*с). 

         4.6 Визначення теплофізичних властивостей пари

         Метою розрахунку є визначення в'язкості пари у верхній і нижній частинах колони.

         Визначаємо  середню густину пари.

         У верхній частині колони:

         

     кг/м3

         в нижній частині колони:  

         

     кг/м3

         в`язкість парів CS2 складає,

         коли  t’G=51 oC,  μ’GHK=0,011 мПа*с

         коли  t”G=66 oC, μ”GHK=0,012 мПа*с

         в'язкість  парів CCl4

         коли  t’G=51 oC,  μ’GBK= 0,011 мПа*с

         коли t”G=66 oC, μ”GHK=0,012 мПа*с

         Середню в'язкість пари в колоні розраховуємо окремо для кожної частини колони.

           Для верхньої частини:

         

     мПа*с

         для нижньої частини:

         

     мПа*с

         В результаті розрахунку отримали середнє  значення в'язкості пари у верхній (0,0112 мПа*с) і нижній частинах колони (0,0116 мПа*с). 

         4.7 Визначення діаметрів колони

         Метою розрахунку є  вибір типу насадки та визначення діаметру колони, а також фіктивної швидкості пари у колоні.

         Визначаємо об'ємні витрати пари:

         у верхній частині колони:

         

    м3/год

         в нижній частині колони:

         

     м3/год

         Для подальших розрахунків необхідно  вибрати насадки. Вибираємо укладені рядами кільця керамічні (Рашига) з умовними розмірами 50x50x5 мм і такими параметрами:

         питома  поверхня насадок               м23

         вільний об'єм                               м33

         Еквівалентний діаметр насадок:        м

         Оцінюємо  оптимальну щільність зрошення насадок:

           м3/(м2*с)

    Информация о работе Проектування ректифікаційної колони для розділення СS2 – CCl4