Автор работы: Пользователь скрыл имя, 08 Октября 2011 в 16:08, курсовая работа
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.
Введение 4
Технические расчеты 6
Равновесные данные 6
Материальный баланс 7
Тепловой баланс установки 9
Подробный расчет подогревателя исходной смеси 12
Выбор теплообменного аппарата 12
Определение температуры стенок методом итераций 16
Приближенный расчет теплообменников 25
Холодильник дистиллята 25
Холодильник кубового остатка 26
Куб – испаритель 28
Дефлегматор – конденсатор 29
Расчет расходов пара и жидкости в верхней и нижней части колонны 30
Расчет ректификационной колонны 35
Гидравлический расчет 35
Расчет высоты колонны 47
Определение кинетических параметров 47
Для верхней части колонны 47
Для нижней части колонны 50
6.3. Определение высоты и гидравлического сопротивления колонны 53
Заключение 55
Список использованной литературы 56
где - массовый расход исходной смеси, кг/с;
- массовый расход кубового остатка, кг/с;
- массовый расход дистиллята, кг/с;
,
и
- массовые доли легколетучего компонента
в питании, дистилляте и кубовом остатке
соответственно.
= 8.4 т/час =
= 2.333 кг/с
Получаем
систему уравнений:
2.333 = +
2.333*0.20 =
*0.94 +
*0.04
Решив которую, получим:
= 0.415 кг/с; = 1.918 кг/с
Для дальнейших расчетов необходимо перевести массовые доли легколетучего компонента в мольные.
где хF – мольная доля легколетучего компонента в исходной смеси;
М1 = 78.11 кг/кмоль – молекулярная масса бензола;
М2 = 92.13 кг/кмоль – молекулярная масса толуола.
кмоль л.л./кмоль раствора
Соответственно находим мольные доли легколетучего компонента в кубовом остатке и дистилляте:
кмоль л.л./ кмоль раствора
кмоль л.л./ кмоль раствора
Нагрузка ректификационной
где Rmin – минимальное флегмовое число.
При этом:
где - мольные доли легколетучего компонента в жидкости, а - концентрация легколетучего компонента в паре, находящаяся в равновесии с жидкостью питания.
По
Таблице 1 находим значение
:
= кмоль л.л./кмоль р-ра
Тогда
Rmin
=
Найдем
уравнения рабочих линий (при
питании колонны кипящей
а) верхней (укрепляющей) части ректификационной колонны
б) нижней (исчерпывающей)
части колонны
где F – относительный
мольный расход питания (на 1 кмоль дистиллята)
Тогда получим
2.
Тепловой баланс
установки
Тепловой баланс ректификационной колонны выражается общим уравнением:
где - количество тепла, подводимое в куб-испаритель, Вт;
- количество тепла, подводимое с исходной смесью, Вт;
- количество тепла,
- количество тепла, отводимого с потоком дистиллята, Вт;
- количество тепла, отводимого с потоком кубового остатка, Вт;
- потери в окружающую среду
( 3 – 5 % ), Вт.
Используя Таблицу
1, находим
- температуры соответствующие дистилляту,
кубовому остатку и исходной смеси.
º С
º С
º С
Теплофизические
параметры бензола
где rлл – удельная теплота конденсации паров бензола, кДж/кг; А = 51.87; tкр = 289.1.
Дж/кг
где - удельная теплоемкость бензола, кДж/кг*К; с0 = 1.65 ; с1 = 0.0032.
Тогда
Дж/кг*К
Дж/кг*К
Дж/кг*К
Теплофизические
свойства толуола
где rтл – удельная теплота конденсации паров толуола, кДж/кг; А = 47.07 ; tкр = 318.7.
Дж/кг
где - удельная теплоемкость толуола, кДж/кг*К; с0 = 1.62 ; с1 = 0.0035.
Тогда
Дж/кг*К
Дж/кг*К
Дж/кг*К
Теплофизические свойства смеси
Теплофизические свойства смеси определяются по аддитивным формулам:
где - удельная теплота конденсации паров в дефлегматоре-конденсаторе, Дж/кг.
Дж/кг
Тогда получим
Дж/кг*К
Дж/кг*К
Дж/кг*К
Используя полученные теплофизические данные, вычислим:
кВт
кВт
кВт
кВт
Тогда
кВт
3. Подробный расчет подогревателя исходной смеси
3.1. Выбор теплообменного аппарата.
Исходные данные: Ризб = 1.5 атм; tн = 35º С; tF = 101.12 º С.
Вычисляем абсолютное давление греющего пара:
Рабс = Ризб + 1 атм = 1.5 + 1 = 2.5 атм
По давлению греющего пара находим его температуру конденсации и удельную теплоту парообразования :
º С
Дж/кг
Тогда
температурная схема будет иметь
вид:
º С
º С
Тогда
средняя разность температур будет определяться
по формуле:
º С
Средние температуры теплоносителей:
º С
º С
Удельная теплоемкость смеси при средней температуре теплоносителя:
Дж/кг*К
Дж/кг*К
Дж/кг*К
Рассчитаем расход тепла в подогревателе исходной смеси по формуле:
кВт
Тогда расход греющего пара будет равен
кг/с
Используя , примем в качестве ориентировочного значения коэффициента теплопередачи от конденсирующегося пара к органическим жидкостям К = 300 Вт/м2*К.
Тогда ориентировочное значение поверхности теплообмена будет определяться по формуле:
м2
По ориентировочному значению поверхности теплообмена был выбран одноходовой кожухотрубчатый теплообменник с трубами d = 20×2 мм, внутренним диаметром кожуха D = 325 мм, числом труб n = 100, длиной труб l = 3.0 м и поверхностью теплообмена F = 19.5 м2 и проходным сечением трубного пространства sтр = 2.0*10-2 м2.
Определим свойства смеси при средней температуре º С:
Плотность:
где - плотность легколетучего компонента смеси, кг/м3; ; ; .
кг/м3
Динамическую вязкость:
где - динамическая вязкость легколетучего компонента, мПа*с; ; ; t – температура, º С.
мПа*с
Теплопроводность:
где - теплопроводность легколетучего компонента, Вт/м*К; ; .
Вт/м*К
Плотность:
где - плотность труднолетучего компонента смеси, кг/м3; ; ; .
кг/м3
Динамическую вязкость:
где - динамическая вязкость труднолетучего компонента, мПа*с; ; ; t – температура, º С.
Теплопроводность:
где - теплопроводность легколетучего компонента, Вт/м*К; ; .