Расчет ректификационной установки непрерывного действия для разделения смеси: ацетон-метиловый спирт

СОДЕРЖАНИЕ

Введение  4

1 Описание технологической схемы ректификационной колонны  6

2 Технологический расчет колонны с колпачковыми тарелками 8

2.1 Материальный баланс процесса ректификации  8

2.2 Расчет флегмового числа 11

2.3 Определение скорости пара в колонне  19

2.4 Определение скорости пара и диаметра колонны  23

2.5 Определение высоты тарельчатой части колонны  25

3 Гидравлический расчет колонны  35

4 Тепловой расчет колонны 40

4.1 Расчет тепловой изоляции колонны  42

5 Расчет вспомогательного оборудования  44

5.1 Расчет кипятильника(куба-испарителя)  44

5.2 Расчет дефлегматора  48

5.3 Расчет холодильника для дистиллята  49

5.4 Расчет холодильника для кубового остатка  50

5.5 Расчет подогревателя исходной смеси  51

Заключение  55

Список используемой литературы  56

Введение

Ректификация является процессом, в ходе которого разделяются гомогенные летучие жидкости, осуществляя двусторонний массообмен и теплообмен между неравновесными жидкой и паровой фазами, обладающими разной температурой и движущимися в противоположном друг другу направлении. Использование ректификации происходит с начала XIX века, она является одним из наиболее важных технологических процессов в таких отраслях промышленности, как спиртовая и нефтяная. На сегодняшний день происходит все более широкое применение ректификации для разных отраслей нефтехимии, химической технологии, где выделение компонентов в чистом виде играет важную роль. Для осуществления разделения преимущественно используются колонные аппараты, которые состоят из двух частей – верхней и нижней, каждая из которых представляет собой поверхность контакта фаз между паром и жидкостью, при этом контакт может носить многократный или непрерывный характер. В ходе каждого контакта из жидкости происходит испарение низкокипящего компонента, а из паровой фазы происходит конденсация преимущественно высококипящего компонента, который переходит в жидкость. Обмен компонентами меду фазами приводит к тому, что происходит формирование практически чистого низкокипящего компонента. Со стороны таких пар, которые выходят из укрепляющей части колонны (верхняя часть) после конденсации, происходит получение дистиллята и флегмы – жидкости, которая возвращается для того, чтобы орошать колонну и взаимодействовать с парами, поднимающимися в колонне. Снизу происходит удаление жидкости, которая представляет собой практически чистым высококипящим компонентом – кубовым остатком. Чтобы получить восходящий поток пара, происходит испарение части остатка в нижней части колонны. Для достижения высокой степени разделения однородных жидких смесей на компоненты используется ректификация. Необходимо отметить периодичность или непрерывность осуществления процессов ректификации при разных давлениях: атмосферное давление, условия вакуума (чтобы разделять смеси высококипящих веществ), давление больше атмосферного (чтобы разделять смеси, которые находятся при нормальных температурах в газообразном состоянии). Непрерывная ректификация имеет такие преимущества в сравнении с периодической: 1) в ходе процесса работы установки ее условия не меняются, на основании чего представляется возможной установка точного режима, упрощение обслуживания, а также облегчение автоматизации процесса; Изм.Лист№ докум.ПодписьДатаЛист5 2) между операциями отсутствуют простои, в результате чего повышается производительность установки; Изм.Лист№ докум.ПодписьДатаЛист5 3) тепловые расходы более низкие, причем представляется возможным использование остатков тепла для того, чтобы подогревать в теплообменнике исходную смесь. Перечисленные преимущества приводится к тому, что для крупномасштабных производств характерно применение непрерывной ректификации, применение же периодических процессов ректификации характерно для небольших производств, которые работают неравномерно. Следует отметить предназначенность ректификационных колонн для того, чтобы осуществлять процессы массообмена в таких отраслях промышленности, как химическая, нефтехимическая и т.п. Диаметр колонных аппаратов составляет 400–4000 мм. При этом царговое исполнение корпуса позволяет осуществлять работу при номинальном давлении до 1,6 МПа, а цельносварное исполнение корпуса – при давлениях до 4 МПа [3]. Принимая во внимание диаметр, для изготовления колонных аппаратов используются разные типы тарелок. Если говорить о колонных аппаратах с диаметром 400–4000 мм, то для их оснащения используются стандартные контактные и распределительные тарелки, опоры, люки, днища и фланцы. Корпус цельносварного аппарата характеризуется наличием люков, позволяющих обслуживать тарелки. В результате существенного разнообразия контактных устройств тарельчатого типа возникают трудности с тем, чтобы выбрать их оптимальную конструкцию. При этом, помимо общих требований, для определения некоторых требований может быть использована специфика производства: большой интервал устойчивой работы во время изменения нагрузок по фазам, способность тарелок к работе в среде загрязненных жидкостей, возможность защиты от коррозии и т.п. Чаще всего подобным качествам отводится превалирующая роль, на основании которой происходит определение того, насколько пригодная та или иная конструкция для того, чтобы использовать ее в определенном процессе.

Список используемой литературы

1.Воронин В.М. Расчет ректификационной колонны с различными контактными устройствами 2-е изд. Учебное пособие по курсу «Процессы и аппараты химических производств» / В.М. Воронин, Е.В. Игнатова, – Красноярск: СибГТУ, 2019. – 95 с.

2.Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии / Дытнерский Ю.И. -Л.: Химия, 1981. -512 с.

3.Павлов К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии / Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.Л. -Л.: Химия, 1981. -586 с.

4.Ченцова Л.И. Массообменные процессы в 2 ч. Ч. 2. Учебное пособие по курсу «Процессы и аппараты химических производств» / Ченцова Л.И. [и др.]. – Красноярск, 2004. -237 с.

5. Александров И.А. Ректификационные и абсорбционные аппараты. Методы расчета и основы конструирования. Издательство «Химия», М., 1971 г. - 296 с.

6. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. – М.: ООО «Старс», 2006. – 720с.

7. Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии М.: Химия, 1973.-780 с.