Реферат по предмету "Химия"


Спроектировать ректификационную установку для разделения бензол

СОДЕРЖАНИЕ 1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА 2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ АППАРАТА 2.1 Материальный баланс колонны 2.2 Пересчет массовых долей
2.3 Расчет рабочего флегмового числа 2.4 Расчет физико-химических параметров процесса колонны 2.5 Определение диаметра колонны 2.6 Определение тангенса угла наклона 2.7 Определение высоты колонны 2.8 Гидравлический расчет колонны 2.9 Расчет патрубков 2.10 Расчет кипятильника СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА Ректификация – частичное или полное разделение гомогенных жидких смесей на компоненты в результате различия их летучести и противоточного взаимодействия жидкости, получаемой при конденсации паров, и пара, образующегося при перегонке. Ректификация широко распространена в химической технологии и применяется для получения разнообразных продуктов в чистом виде, а также для разделения газовых смесей после их сжижения (разделение воздуха на кислород и азот, разделение углеводородных газов и др.). Процесс ректификации не применяется при разделении чувствительных к повышенным температурам веществ, при извлечении ценных продуктов или вредных примесей из сильно разбавленных растворов, разделении смесей близкокипящих компонентов. Технологическая схема процесса ректификации представленная на рис.1. Исходную смесь из промежуточной емкости-1 центробежным насосом-2 подают в теплообменник-3, где подогревают до температуры кипения и подают в колонну на ту тарелку, где кипит смесь того же состава хF, т.е. на верхнюю тарелку нижней исчерпывающей части колонны. Верхняя часть колонны называется укрепляющей по легколетучему компоненту. Внутри ректификационной колонны-4 расположены контактные устройства в виде тарелок или насадки. Снизу вверх по колонне движется пар, поступающий из выносного куба – испарителя (кипятильника)-5 (куб – испаритель может размещаться и непосредственно под колонной). На каждой тарелки происходит частичная конденсация пара труднолетучего компонента и за счет конденсации – частичное испарение легколетучего компонента. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка хW, т.е. обеднен легколетучим компонентом. Таким образом, пар, выходящий из куба – испарителя и представляющий собой почти чистый труднолетучий компонент, по мере движения вверх обогащается легколетучим компонентом и покидает колонну в виде почти чистого пара легколетучего компонента. Для полного обогащения верхнюю часть колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом жидкостью (флегмой) состава хР, получаемой в дефлегматоре-6 путем конденсации пара, выходящего из колонны. Пар конденсируется в дефлегматоре, охлаждаемом водой. Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения – дистиллята, который охлаждается в теплообменнике-7 и направляется в промежуточную емкость-8. Флегма, стекая по колонне и взаимодействуя с паром, обогащается труднолетучим компонентом. Из куба – испарителя отводят нижний продукт или кубовый остаток. Из кубовой части колонны насосом-9 непрерывно выводится кубовая жидкость – продукт, обогащенный труднолетучим компонентом, который охлаждается в теплообменнике-10 и направляется в емкость-11. Рис. 1. Технологическая схема ректификационной установки 2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ АППАРАТА 2.1 Материальный баланс колонны Производительность колонны по дистилляту Р и кубовому остатку W определяется из уравнений материального баланса: , где F, Р, W – расход исходной смеси, дистиллята, кубового остатка, кг/с; ХF, ХР, ХW – концентрация низкокипящего компонента в исходной смеси, кубовой остатке и дистилляте. F = 10000 кг/ч = 2,78 кг/с = 1,26 кг/с W = 2,78 – 1,26 = 1,52 кг/с 2.2 Пересчет массовых долей Пересчет массовых долей в мольные: , где MA и MБ – молярные массы низкокипящего (бензол) и высококипящего (толуол) компонентов, кг/кмоль. 2.3 Расчет рабочего флегмового числа Для технологического расчета ректификационной колонны необходимо построить равновесную зависимость между жидкостью и паром для смеси в координатах У–X и t–X,У. Определяем минимальное флегмовое число: – концентрация легколетучего компонента в паре, находящегося в равновесии с исходной смесью XF (графика У–X). = 70,5 % Рабочее флегмовое число определяется как , где β – коэффициент избытка флегмы (β = 1,02÷3,5). Определяется рабочее флегмовое число R, отрезок B, число теоретических тарелок в колонне nT, путем вписывания «ступенек» между равновесной и рабочими линиями. Рабочие линии строятся для каждого отрезка . Результаты расчетов заносим в таблицу 2. Таблица 2 β R В nТ пТ (R + 1) 1,2 1,56 38,4 17,8 45,57 1,5 1,95 33,3 14,2 41,89 1,8 2,34 29,4 12,5 41,75 2,5 3,25 23,1 11 46,75 3,5 4,08 19,4 10,3 52,33 4,5 5,4 15,4 9,5 60,8 Строится график в координатах и из точки минимума на кривой определяется оптимальное рабочее флегмового число R: Rопт = 2,2 при
2.4 Расчет физико-химических параметров процесса колонны Средние массовые расходы жидкости для верхней и нижней частей колонны определяются из соотношений: LB = P · R = Ф = 4421 · 2,2 = 9726,2 кг/ч LH = Ф + F = P · R + F = 9726,2 + 10000 = 19726,2 кг/ч Средний расход пара по колонне постоянен: G = P · (R + 1) = 4421 · (2,2 + 1) = 14147,2 кг/ч средние концентрации жидкости: средние концентрации пара: где ; ; (график Х-У). По диаграмме при средних концентрациях пара и жидкости определяются средние температуры пара, °С: а) средние мольные массы жидкости: ; б) средние мольные массы пара: ; в) средние плотности пара: ; , г) средние плотности жидкости: ; , где ρ1 и ρ2 – плотности массы соответственно низкокипящего и высококипящего компонентов при температурах = 88,5ºС и = 103ºС и – среднее массовые концентрации жидкости вверху и внизу колонны: ; , ; = 800 кг/м3 ; = 787,4 кг/м3 д) средние вязкости пара: ; где и – среднее мольные массы пара в верху и низу колонны, кг/кмоль; и – вязкости низкокипящего и высококипящего компонентов паровой смеси при температурах и , мПа·с , 0,92 · 10-2 мПа·с; , 0,923· 10-2 мПа·с е) средние вязкости жидкости: , где и – вязкости НК и ВК компонентов жидкости при , мПа·с (табл. 2). ; ; 2.5 Определение диаметра колонны Рабочая скорость пара для насадочной колонны: , где ρп и ρж – плотность пара и жидкости. Насадка – Кольца Рашига 25х25х3. f=200м2/м3 Е=0,74 м2/м3 Низ колонны: Верх колонны: Диаметр колонны рассчитывают отдельно для верхней и нижней частей колонны: Рассчитанные диаметры верхней и нижней частей колонны отличаются друг от друга на 3,5% Принимаю d аппарата равным 1600 мм с насыпной насадкой, перераспределительными тарелками типа ТСН-ll (ОСТ 26-705-73) и распределительной тарелкой типа ТСН-lll (ОСТ 26-705-73). Рабочая скорость пара в колонне при выбранном диаметре: 2.6 Определение тангенса угла наклона Коэффициент массопередачи зависит от угла наклона кривой равновесия, причем этот угол является переменной величиной. Поэтому линию равновесия из графика Х-У (рис. 1) разбивают на равные участки вертикальными линиями, проведенными через точки Х1 = 0,1; Х2= 0,2 и т. д. Для каждого участка определяют тангенс угла наклона отрезка кривой равновесия: 2.7 Определение высоты колонны Расчет высоты насадки методом ВЭТТ:
Действительная высота насадки: Общая высота насадки:
Высота колонны определяется по формуле: , где , – высота соответственно сепарационной части колонны, расстояние между днищем колонны и тарелкой. 2.8 Гидравлическое сопротивление слоя орошаемой насадки где - гидравлическое сопротивление сухой насадки, Па. , где - свободный объём насадки, =0,74 м3/м3; - эквивалентный диаметр насадки, =0,015 м; - коэффициент сопротивления сухой насадки. , где - удельная поверхность насадки, =200 м2/м3. Гидравлическое сопротивление для верхней части колонны: Гидравлическое сопротивление для нижней части колонны: Общее гидравлическое сопротивление для всей колонны: 2.9 Расчет патрубков Внутренний диаметр патрубка определяется из уравнений расхода: , откуда , где G – массовый расход перекачиваемой среды, кг/с; ρ – плотность среды, кг/м3; ω – скорость движения жидкости, м/с Внутренний диаметр штуцера для вывода дистиллята из колонны: Стандартный диаметр патрубка dу = 200 мм (наружный диаметр 219 мм, толщина стенки 6 мм). Внутренний диаметр штуцера для ввода пара в колонну: Стандартный диаметр патрубка dу = 300 мм (наружный диаметр 325 мм, толщина стенки 8 мм). Внутренний диаметр штуцера на входе исходной смеси в колонну: , Стандартный диаметр патрубка dу = 100 мм (наружный диаметр 108 мм, толщина стенки 5 мм) [2, прил. 7]. Внутренний диаметр штуцера на выходе кубового остатка из колонны: Стандартный диаметр патрубка dу = 80 мм (наружный диаметр 89 мм, толщина стенки 4 мм). 2.10 Расчет кипятильника Исходные данные: Количество паров воды для конденсации G1 = 3,93 кг/с; удельная теплота парообразования смеси (толуола) r1 = 362,5 кДж/кг при температуре кипения tк = 110ºС. В качестве теплоносителя использовать водяной пар с абсолютным давлением 5 кгс/см2. Влияние примеси бензола на теплоотдачу не учитывать. Тепловая нагрузка аппарата: Q = G1 · r1 = 3,93 · 362,5·103 = 1424,63·103 Вт Расход воды: G2 = , где r2=2117·103 Дж/кг – удельная теплота парообразования водяного пара при температуре конденсации tконд=151,1 ºС Средняя разность температур: Примем ориентировочный коэффициент теплопередачи от конденсирующего пара к воде (конденсатор) (4, табл. 3) Кор = 1000 Вт/м2·К, тогда требуемая площадь поверхности теплообменника: Поверхность, близкую к ориентировочной имеет теплообменник с высотой труб Н=2,0 м и диаметром кожуха D=0,6 м и поверхностью теплообмена F=40 м2. Испарители могут быть только одноходовыми, с диаметром труб d=25x2 мм. Проведу уточненный расчет: , где ρ1=777 кг/м2 ; λ1=0,116 Вт/(м ·К); μ=0,251 ·10-3 Па·с; σ1=18,35·10-3 Н/м - физико-химические характеристики жидкого толуола при tкип=110ºС Значение коэффициента b определяется по формуле: , где ρп – плотность паров толуола, при tкип=110ºС Коэффициент теплоотдачи для пара, конденсирующегося на наружной поверхности труб высотой Н, определяется: , где ρ2=932 кг/м2 ; λ2=0,683 Вт/(м ·К); μ2=0,207 ·10-3 Па·с – физико-химические характеристики конденсата воды при tконд=132,9ºС Сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений: , где - толщина стенки, мм; λст – теплопроводность нержавеющей стали, λст =17,5 Вт/(мК) Коэффициент теплопередачи:
Удельная тепловая нагрузка: откуда
Это уравнение решается графически, задаваясь значением q. В качестве первого приближения принимается ориентировочное значение удельной тепловой нагрузки: q=40000 Вт/м2 у =2,55 q=38000 Вт/м2 y =0,93 q=37000 Вт/м2 y =0,15 при у=0 q=36800 Вт/м2 Требуемая поверхность F=1424630/36800=38,71 м2 Выбранный из каталога теплообменник с F=40 м2; D=600 мм; Z=1; n=257; H=2,0 м; d=25x2 мм подходит, так как присутствует запас поверхности. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. – Л.: Химия, 1987. 2. Методические указания по курсовому проектированию процессов и аппаратов химической технологии. «Расчет ректификационной установки непрерывного действия». – Ангарск, АГТА, 2000. 3. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию. Под ред. Ю.И. Дытнерского, 2-е изд., перераб. и дополн.- М.: Химия, 1991. 4. Расчет теплообменников. Справочно-методические указания по курсовому проектированию процессов и аппаратов химической технологии. Составили: Л. И. Рыбалко, Л. В. Щукина. Ангарская государственная техническая академия. – Ангарск: АГТА, 2001. 5.


Не сдавайте скачаную работу преподавателю!
Данный реферат Вы можете использовать для подготовки курсовых проектов.

Поделись с друзьями, за репост + 100 мильонов к студенческой карме :

Пишем реферат самостоятельно:
! Как писать рефераты
Практические рекомендации по написанию студенческих рефератов.
! План реферата Краткий список разделов, отражающий структура и порядок работы над будующим рефератом.
! Введение реферата Вводная часть работы, в которой отражается цель и обозначается список задач.
! Заключение реферата В заключении подводятся итоги, описывается была ли достигнута поставленная цель, каковы результаты.
! Оформление рефератов Методические рекомендации по грамотному оформлению работы по ГОСТ.

Читайте также:
Виды рефератов Какими бывают рефераты по своему назначению и структуре.

Сейчас смотрят :

Реферат От пражурналистики до журналистики
Реферат Потенциал экономики и социальной сферы Красноярского района
Реферат Социальная экспертиза
Реферат Причины возникновения самозванцев в России
Реферат Государственный переворот 1980 года в Турции
Реферат Трубы электросварные из коррозионно-стойкой стали
Реферат Liberated Essay Research Paper Sandra SmithesLiberatedThe monotony
Реферат Рабселькоровское движение
Реферат А. С. Кулаков российский научный центр «Курчатовский институт», Москва реализация метода рейха-мура в коде mcu с помощью программы trend разработана программа
Реферат Заробітна плата і її вплив на формування ринку праці в сучасних умовах
Реферат Разработка требований к автоматизации процесса испытаний резисторов проволочных
Реферат Своеобразие романа Достоевского "Преступление и наказание"
Реферат Роль потребительской кооперации в развитии региональных местных рынков
Реферат Основные задачи и сферы государственного регулирования в экономике
Реферат Что такое "батик"