|
Скорость пара и диаметр колонны
Федеральное агентство по образованию
Томский политехнический университет
Химико-технологический факультет
Кафедра ОХТ
Ректификационная тарельчатая колонна непрерывного действия
расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту
КП ФЮРА 360000. 000. 00 ПЗ
Выполнил:
ст. группы 5А62А Дериглазов В.В.
Проверил:
доцент Риффель В.Р.
Томск 2009
Содержание
Введение
|
| Начальные условия
|
| 1. Материальный баланс колонны и рабочее флегмовое число
|
| 2. Скорость пара и диаметр колонны
|
| 3. Гидравлический расчет тарелок
|
| 4. Определение числа тарелок и высоты колонны
|
| 5. Тепловой расчет установки
|
| 6. Конструктивно-механический расчет
|
| 6.1 Расчет штуцеров и фланцевых соединений
|
| 6.2 Расчет толщины обечайки
|
| 6.3. Определение толщины тепловой изоляции
|
| Приложение 1
|
| Список литературы
|
|
Введение.
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. Ректификацию чаще всего проводят в колонных аппаратах.
Ректификационные колонны предназначены для проведения процессов массообмена в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности. Колонные аппараты изготавливают диаметром 400-4000 мм для работы под давлением до 1.6 МПа в царговом (на фланцах) исполнении корпуса, для работы под давлением до 4 Мпа в цельносварном исполнении корпуса.
В зависимости от диаметра, колонные аппараты изготавливают с тарелками различных типов. Колонные аппараты диаметром 400-4000 мм оснащают стандартными контактными и распределительными тарелками, опорами, люками, днищами и фланцами.
Большое разнообразие тарельчатых контактных устройств затрудняет выбор оптимальной конструкции тарелок. При этом на ряду 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 по фазам, способность тарелок работать в среде загрязненных жидкостей, возможностью защиты от коррозии и т.п. Зачастую эти качества становятся превалирующими, определяющими пригодность той или иной конструкции для использования в каждом конкретном процессе.
Расчет ректификационной колонны сводится к определению ее основных геометрических размеров: диаметр и высота. Оба параметра в значительной мере определяют нагрузками по пару и жидкости, типам тарелки, свойствами взаимодействующих фаз.
Ректификацию будем производить при атмосферном давлении 0.1Мпа на ситчатых тарелках. На питание колонны будем подавать исходную смесь, подогретую до температуры кипения; флегму будем подавать в виде жидкости при температуре кипения; кубовый остаток будем испарять и подавать в виде насыщенного пара в низ колонны.
Начальные условия.
Произвести технологический расчет ректификационной колонны непрерывного действия для разделения смеси метанол-вода, производительностью F = 3,1 кг/с. Тип колонны тарельчатая, тарелки ситчатые.
Содержание НК в смеси:
Давление греющего пара в испарителе и нагревателе исходной смеси: Pг.п. = 4 кгс/см2. Исходная смесь подогревается в подогревателе исходной смеси от температуры 25ºС до температуры кипения при рабочем давлении в аппарате 105 Па. Температура дистиллята и кубового остатка после холодильника 25ºС.
1. Материальный баланс колонны и рабочее флегмовое число
Производительность колонны по дистилляту Р и кубовому остатку W определим из уравнений материального баланса колонны:
Отсюда находим:
кг/с;
P = F – W = 3,1 – 2,42 = 0,68 кг/с.
Нагрузка ректификационной колонны по пару и жидкости определяется рабочим флегмовым числом R. Rопт – находим с использованием коэффициента избытка флегмы:
β = , где
xF и xP – мольные доли легколетучего компонента соответственно в исходной смеси и дистилляте, кмоль/кмоль смеси;
y*F – концентрация легколетучего компонента в паре, находящегося в равновесии с исходной смесью, кмоль/кмоль смеси.
Пересчитываем составы фаз из массовых долей в мольные по соотношению:
кмоль/кмоль смеси;
Аналогично находим:
кмоль/кмоль смеси;
кмоль/кмоль смеси.
Строим кривую равновесия в координатах y*-x [Приложение 1] и из графика находим y* = 0,375 кмоль/кмоль смеси.
Данные о равновесном составе жидкости и пара системы метанол – вода определяем по номограмме [3, рис. XIV, стр. 565]
Таблица 1 — Равновесный состав жидкости и пара системы метанол–вода
to,C
| Рмето
| Рводао
| П
|
|
| мм.рт.ст
| мольные доли
| 64,5
|
|
|
|
|
| 66,0
|
|
|
| 0,966
| 0,991
| 67,5
|
|
|
| 0,932
| 0,981
| 69,3
|
|
|
| 0,857
| 0,959
| 71,2
|
|
|
| 0,788
| 0,933
| 73,1
|
|
|
| 0,676
| 0,889
| 75,3
|
|
|
| 0,585
| 0,847
| 78,0
|
|
|
| 0,500
| 0,789
| 81,7
|
|
|
| 0,360
| 0,663
| 87,7
|
|
|
| 0,208
| 0,479
| 91,2
|
|
|
| 0,119
| 0,304
| 93,5
|
|
|
| 0,081
| 0,214
| 96,4
|
|
|
| 0,020
| 0,059
| 100,0
|
|
|
|
|
| Минимальное флегмовое число равно:
;
β
| 1,05
| 1,35
| 1,75
| 2,35
| 3,30
| 6,25
| R
| 2,69
| 3,46
| 4,48
| 6,02
| 8,45
|
| N
| 6,5
| 10,5
|
|
| 6,5
| 5,5
| N(R+1)
| 23,99
| 46,8
| 43,8
| 49,1
| 61,4
| 93,5
| Минимальное произведение N(R+1) соответствует флегмовому числу R = 4,5
При этом коэффициент избытка флегмы: β = = ;
Из графика находим число ступеней N: N = 8.
Средние массовые расходы (нагрузки ) по жидкости для верхней и нижней части колонны определяем из соотношений:
;
где Mp, Mf – мольные доли дистиллята и исходной смеси,
MB, MH – средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны.
Средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны соответственно равны:
MB = MCH3OH Xср.в. + MH2O(1- Xср.в)
MH = MCH3OH Xср.н. + MH2O(1- Xср.н)
MCH3OH, MH2O – мольные массы метанола и воды;
Xср.в., Xср.н – ср. мольный состав жидкости соответственно в верхней и нижней частях колонны:
Тогда:
Мольная масса исходной смеси:
Отсюда:
Средние массовые потоки пара в верхней GВ и нижней GH частях колонны соответственно равны:
;
, - средние мольные массы паров в верхней и нижней частях колонны:
= MCH3OH yср.в. + MH2O(1- yср.в)
= MCH3OH yср.н. + MH2O(1- yср.н)
Из графика находи: yp = 0,98; yw = 0,075,
где:
Тогда:
Отсюда:
Скорость пара и диаметр колонны
Согласно [3, стр. 350 – 351]:
Средние температуры пара определяем по диаграмме t–x,y диаграмме (данные в табл. 1.1).
;
;
Средние мольные массы и плотности пара:
; ;
; ;
Средняя плотность пара в колонне: .
Температура дистиллята (жидкой фазы) вверху колонны при равна 77,5°С, а кубе-испарителе при она равна 98°С.
Плотность жидкого метанола при 77,3°С , а воды при 78,2°С [3, стр. 530, табл. IV]:
Принимаем среднюю плотность жидкости в колонне: .
По Дытнерскому [1, стр. 237 – 238]: Допустимая скорость в верхней и нижней части колонны:
Принимаем средний массовый поток пара в колонне равным полусумме GВ, GH:
Ориентировочный диаметр колонны определяем из уравнения расхода:
Как правило, несмотря на разницу в рассчитанных диаметрах укрепляющей исчерпывающей частей колонны (вследствие различия скоростей и расходов паров), изготовляют колонну единого диаметра, равному большему из рассчитанных.
Выберем стандартный диаметр обечайки колонны
При этом действительные рабочие скорости паров в колонне равны:
По Дытнерскому [1, стр.216, приложение 5.2] для колонны диаметром 1800 мм выбираем ситчатую однопоточную тарелку ТС-Р со следующими конструктивными размерами:
Диаметр колонны, D
| 1800 мм
| Свободное сечение колонны
| 2,54 м2
| Тип тарелки
| ТС-Р
| Рабочее сечение тарелки
| 2,294
| Диаметр отверстия, d0
| 4 мм
| Шаг между отверстиями, t
| 8 – 15 мм
| Относительно свободное сечение тарелки, Fc
| 18,8 – 5,34
| Сечение перелива
| 0,123 м2
| Относительная площадь перелива
| 4,85 %
| Периметр перелива, Lc
| 1,05 м
| Масса
| 11,5 кг
| Скорость пара в рабочем сечении тарелки:
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|