Проектирование ректификационной установки для непрерывного разделения смеси бензол-толуол

Санкт-Петербургский  государственный технологический  институт

(Технический  университет) 
 
 

Кафедра процессов и аппаратов Факультет 4                                                                                                        

                                                                                                         Курс         3                     

                                                                                                         Группа  437                    

                                                                                                                         

Учебная дисциплина: процессы и аппараты  
 
 

Курсовой  проект 
 
 

Тема:  Проектирование ректификационной установки для  непрерывного разделения смеси бензол-толуол 
 
 
 
 

Студент                    ___________                          Мануйлова Е.В.

                                       личная подпись                             расшифровка подписи

                            

Руководитель, 

должность  ___________ Банных О.П.

                                  личная подпись                             расшифровка подписи 
 
 
 

Оценка за курсовой проект      ________________                    ___________

                                                                                                       личная подпись руководителя 
 
 
 
 
 

Санкт-Петербург

2006 
 

Задание по курсовому проектированию № 28-01 

     Спроектировать  ректификационную установку для  непрерывного разделения смеси бензол - толуол под атмосферным давлением. Сделать подробный расчет ректификационной колонны и парового подогревателя исходной смеси. Куб-испаритель, дефлегматор и холодильники кубового остатка и дистиллята рассчитать приближенно, используя коэффициенты теплопередачи из «примеров и задач по курсу процессов и аппаратов химической технологии». Выбрать стандартные аппараты. Сделать чертеж общего вида парового подогревателя исходной смеси и эскиз технологической схемы установки. 

Исходные  данные для расчета

1. Колонна с ситчатыми тарелками.
2. Производительность установки по исходной смеси 8.4 т/час.
3. Концентрация легколетучего компонента в исходной смеси 20% масс.
4. Концентрация легколетучего компонента в дистилляте 94% масс.
5. Концентрация легколетучего компонента в кубовом остатке 4% масс.
6. Температура исходной смеси 35º С.
7. Температура охлаждающей воды меняется от 10 до 30º С.
8. Готовые продукты охлаждаются до 35º С.
9. Давление греющего пара 1.5 атм (изб.).

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Содержание 

Задание по курсовому  проектированию                                                 2

Введение 4

1. Технические расчеты                                                                                                       6
1. Равновесные данные                                                                                                       6
2. Материальный баланс                                                                                                     7
2. Тепловой баланс установки                                                                                             9
3. Подробный расчет подогревателя исходной смеси                                                    12
1. Выбор теплообменного аппарата                                                                                12
2. Определение температуры стенок методом итераций                                              16
4. Приближенный расчет теплообменников                                                                   25
1. Холодильник дистиллята                                                                                              25
2. Холодильник кубового остатка                                                                                   26
3. Куб – испаритель                                                                                                           28
4. Дефлегматор – конденсатор                                                                                         29
5. Расчет расходов пара и жидкости в верхней и нижней части колонны                   30
6. Расчет ректификационной колонны                                                                             35
1. Гидравлический расчет                                                                                                 35
2. Расчет высоты колонны                                                                                                47
1. Определение кинетических  параметров                                                               47
1. Для верхней части колонны                                                                                   47
2. Для нижней части колонны                                                                                    50

6.3. Определение  высоты и гидравлического сопротивления  колонны                         53

Заключение 55

Список использованной литературы 56 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

          Ректификация - один из способов разделения жидких смесей основанный на различном распределении компонентов смеси между жидкой и паровой фазами. В качестве аппаратов служащих для проведения ректификации используются ректификационные колонны - состоящие из собственно колонны, где осуществляется противоточное контактирование пара и жидкости, и устройств, в которых происходит испарение жидкости и конденсация пара — куба и дефлегматора. Колонна представляет собой вертикально стоящий полый цилиндр внутри которого установлены так называемые тарелки (контактные устройства различной конструкции) или помещен фигурный кусковой материал — насадка. Куб и дефлегматор — это обычно кожухотрубные теплообменники.

     Назначение тарелок и насадки - разделение межфазной поверхности и улучшение контакта между жидкостью и паром. Тарелки, как правило, снабжаются устройством для перелива жидкости. В качестве насадки ректификационных колонн обычно используются кольца, диаметр которых равен их высоте.

     Как в насадочных, так и в тарельчатых  колоннах кинетическая энергия пара используется для преодоления гидравлического сопротивления контактных устройств и для создания динамической дисперсной системы пар — жидкость с большой межфазной поверхностью. Существуют также ректификационные колонны с подводом механической энергии, в которых дисперсная система создаётся при вращении ротора, установленного по оси колонны. Роторные аппараты имеют меньший перепад давления по высоте, что особенно важно для вакуумных колонн.

     По  способу проведения различают - непрерывную и периодическую ректификацию. В первом случае разделяемая смесь непрерывно подается в ректификационную колонну, а из колонны непрерывно отводятся две или более число фракций, обогащенных одними компонентами и обедненных другими. Полная колонна состоит из двух секций укрепляющей и исчерпывающей. Исходная смесь (обычно при температуре кипения) подается в колонну, где смешивается с так называемой извлеченной жидкостью, стекающей по контактным устройствам (тарелкам или насадке) исчерпывающей секции противотоком к поднимающемуся потоку пара. Достигая низа колонны, жидкость обогащается тяжелолетучими компонентами. В низу жидкость частично испаряется в результате нагрева подводящимся теплоносителем, и пар снова поступает в исчерпывающую секцию.

     Пройдя  её, обогащенный легколетучими 

компонентами, пар поступает в дефлегматор, где обычно полностью конденсируется подходящим хладагентом. Полученная жидкость делится на два потока - дистиллят и флегму. Дистиллят является продуктовым потоком, а флегма поступает на орошение укрепляющей секции, по контактным устройствам которой стекает. Часть жидкости выводится из куба колонны в виде так называемого кубового остатка (также продуктовый поток).

     Если  исходную смесь нужно разделить непрерывным способом на число фракций больше двух, то применяется последовательное либо параллельно - последовательное соединение колонн.

     При периодической ректификации исходная жидкая смесь единовременно загружается в куб колонны, ёмкость которая соответствует желаемой производительности. Пары поступают в колонну и поднимаются к дефлегматору, где происходит их конденсация. В начальный период весь конденсат возвращается в колонну, что отвечает режиму полного орошения. Затем конденсат делится на дистиллят и флегму. По мере отбора дистиллята (либо при постоянном флегмовом числе, либо с его изменением из колонны выводятся сначала легколетучие компоненты, затем среднелетучие и так далее). Нужную фракцию (или фракции) отбирают в соответствующий сборник. Операция продолжается до полной переработки первоначально загруженной смеси.

      Основные  области промышленного применения ректификации — получение отдельных фракций и индивидуальных углеводородов из нефтяного сырья в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, окиси этилена, акрилонитрила, акрилхлорсиланов - в химической промышленности. Ректификация широко используется и в других отраслях народного хозяйства: коксохимической, лесохимической, пищевой, химико — фармацевтической промышленностях. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Технологические расчеты

1.1. Равновесные данные

     Для технологических расчетов установки  необходимо знать свойства веществ  при определенных температурах. Основным способом определения этих свойств является таблица равновесных данных.

х - мольная доля легколетучего компонента в жидкой фазе;

y - мольная доля легколетучего компонента в паровой фазе;

t – температура,ْС.

                                                                                                   Таблица 1

 
 
 

       В данном курсовом проекте рассматривается  смесь бензол – толуол. Известно, что  

                                                             t _{кип бензол} = 80.2º С

t _{кип толуол} = 110.8º С 

       Следовательно,  в качестве легколетучего компонента в дальнейшем по умолчанию будет  рассматриваться бензол. 
 
 
 
 
 
 

1.2. Материальный баланс 

     Зная  производительность колонны по исходной смеси , по уравнениям материального баланса определим массовые расходы дистиллята и кубового остатка .