Спроектировать установку непрерывного действия

      Министерство образования и науки Российской Федерации

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ

 

                                       химической технологии

                                                наименование кафедры

 

           Допускаю к защите

                                                  Руководитель   Г.В. Боженков   ________           

                                                                                        И.О. Фамилия       подпись

 

                   Спроектировать установку непрерывного действия

                                                   наименование темы

 

 

                                

                                 ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

                             к курсовому проекту по дисциплине

                      Процессы и аппараты химической  технологии

 

                                          

                                             1.021.00.00 ПЗ

                                               обозначение  документа

 

 

 

 

 

Выполнил студент группы ХТТ зу – 10                                Е.В.Тарасова

                                                                                        подпись               И.О. Фамилия

 

Нормоконтроль                                                                         Г.В.Боженков

                                                                                         подпись               И.О. Фамилия

 

Курсовой проект защищен с оценкой        ___________________________

 

 

 

 

 

 

 

 

                                              

 

                                                

                                                Иркутск 2013г.

             Министерство образования и науки Российской Федерации

                               Федеральное агентство по образованию

 

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

                                              ЗАДАНИЕ

НА  КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ (КУРСОВУЮ РАБОТУ)

 

По курсу   Процессы и аппараты химической технологии ____________________________________________________________________

Студенту   Тарасовой Е.В. ___________________________________________________________________

(фамилия, инициалы)

 

Тема проекта _Спроектировать ректификационную колонну непрерывного действия для разделения смеси  бензол-уксусная кислота

 

Исходные данные: ______________________________________________________________

     Расход исходной смеси, кг/с                      5.0

     Состав исходной смеси, % мольн.             35,0

     Состав дистиллята, % мольн.                     90,0

     Состав кубового остатка, % мольн.            6,0

     Тип колонны                                      тарельчатая колпачковая

    Давление в колонне                                 атмосферное

     Подобрать теплообменник            холодильник дистилята

    

Рекомендуемая литература 

 

Основные  процессы и аппараты химической технологии. Пособие _по проектированию.

 Под ред. Дытнерского  Ю.И.

 

 Александров И.А.    Ректификационные и абсорбционные аппараты

 

 Коган В.Б., Фридман В.М., Кафаров В.В.  Равновесие между жидкостью и паром Кн. 1, 2.

 

 Ульянов Б.А и др.  Процессы и аппараты химической  технологии

 

 

Графическая часть на _______1_______ листах.

 

Дата выдачи задания “______” __________________________2012  г.

 

Дата представления проекта  руководителю “______” ___________2013  г.

 

Руководитель курсового проектирования (курсовой работы) ________к.х.н.__Боженков Г.  

                                          СОДЕРЖАНИЕ

  ВВЕДЕНИЕ                      3

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА РЕКТИФИКАЦИИ              5

2. ПОДБОР  МАТЕРИАЛА                                                                              7

3. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ            8

4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЫ 10

5. МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ УСТАНОВКИ      20

6. РАСЧЕТ КОЖУХОТРУБЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА   27

ЗАКЛЮЧЕНИЕ                                                                                             31

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ         32

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                               

 

 

 

 

                                                 

                                            ВВЕДЕНИЕ

        Ректификация – многократная дистилляция, проводимая таким образом, что восходящий поток пара взаимодействует с нисходящим потоком жидкости, обогащенной легколетучим компонентом. В результате массопередачи поднимающийся пар обогащается легколетучим компонентом, а стекающая жидкость труднолетучим. Ректификация заключается в противоточном взаимодействии паров, образующихся при перегонке, с жидкостью, получающейся при конденсации паров.

    Разделение осуществляется обычно  в колонных аппаратах при   многократном или непрерывном  контакте фаз. При каждом контакте  из   жидкости  испаряется преимущественно  низкокипящий  компонент,  которым   обогащаются  пары,  а  из паровой - конденсируется преимущественно высококипящий компонент,  переходящий в жидкость. В результате обмена компонентами между фазами в конечном  счете пары представляют  собой почти чистый  низкокипящий  компонент.  Эти пары выходящие из верхней части колоны после их конденсации в отдельном аппарате дают дистиллят (верхний продукт)  и флегму  -  жидкость, возвращающуюся  для орошения колоны и взаимодействия с поднимающимися  в колоне  парами.  Снизу удаляется жидкость  представляющая   собой   почти   чистый   высококипящий компонент - кубовый остаток  (нижний  продукт).  Часть  остатка  испаряют  в нижней части колоны для получения восходящего потока пара.

      Ректификация известна  с  начала  девятнадцатого  века,  как  один  из важнейших технологических процессов главным образом спиртовой и нефтяной промышленности. В настоящее время ректификацию всё шире  применяют в самых различных областях  химической  технологии,  где выделение компонентов в чистом виде  имеет  весьма  важное  значение  (в  производных  органического синтеза,  изотопов,  полупроводников  и  различных  других  веществ  высокой чистоты).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ  СХЕМА РЕКТИФИКАЦИИ

 

Схема ректификационной установки непрерывного действия

1 – емкость для исходной смеси; 2 – подогреватель; 3 – колонна;

4 – кипятильник; 5 – дефлегматор; 6 – делитель флегмы; 7 – холодильник; 8 – сборник дистиллята; 9 – сборник кубового остатка

Рис. 1.1.

 

Исходную  смесь из емкости 1 центробежным насосом подают в теплообменник 2, где она подогревается до температуры кипения. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну 3, где состав жидкости равен составу исходной смеси x_F . Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике 4. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка x_W ,т. е. обеднен легколетучим компонентом. В результате массообмена с жидкостью пар обогащается легколетучим компонентом. Для более полного обогащения верхнюю часть колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом жидкостью (флегмой) состава х_D, получаемой в дефлегматоре 5 путем конденсации пара, выходящего из колонны. Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения - дистиллята, который охлаждается в теплообменнике 7 и направляется в емкость 8.

Из  кубовой части колонны насосом  непрерывно выводится кубовая жидкость - продукт, обогащенный труднолетучим компонентом, который охлаждается в теплообменнике 7 и направляется в емкость 9.

Таким образом, в ректификационной колонне  осуществляется непрерывный неравновесный  процесс разделения исходной бинарной смеси на дистиллят (с высоким  содержанием легколетучего компонента) и кубовый остаток (обогащенный труднолетучим компонентом).

 

                                

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                 2. ПОДБОР МАТЕРИАЛА

 

При конструировании химической аппаратуры следует применять стойкие металлические  и неметаллические конструкционные материалы в заданных агрессивных средах. Материалы должны быть химически и коррозионностойкими в заданной среде при её рабочих параметрах, обладать хорошей свариваемостью и соответствующими прочностными и пластическими характеристиками в рабочих условиях, допускать холодную и горячую механическую обработку, а также иметь возможно низкую стоимость и быть недефицитными. При выполнении прочностных расчетов в первую очередь сталкиваются  с необходимостью оценки общей поверхностной коррозии выбираемого конструкционного материала, характеризующегося проницаемостью П мм/год.

Всегда  нужно стремиться к выбору конструкционных  материалов, характеризующихся минимальной  проницаемостью.

В расчетах аппаратуры на прочность потеря по толщине материала на коррозию учитывается соответствующей прибавкой С, определяемой амортизационным сроком службы аппарата и проницаемость по формуле:

  С = ПТ_а= 0,1·20 = 2мм., где П ≤ 0,1 мм/год.

С – прибавка к расчетным толщинам; П = 0,1мм/год – скорость коррозии; Т_а= 20лет – срок службы аппарата.

Принимаем сталь Х18Н1ОТ, для которой  = 134МПа. [4]

[ ] - допускаемое напряжение.

[ ] = η = 1·134 = 134МПа

η = 1 – поправочный коэффициент, учитывающий вид заготовки.

     Сталь Х18Н1ОТ применяется для обечаек, днищ, фланцев, трубных решеток, болтов, шпилек, валов, патрубков штуцеров, корпусов крышек, тарелок, фланцев и других деталей сварной, кованной, литой химической аппаратуры, работающих со средами средней и повышенной стоимости в пределах t  -254 до +600⁰С и  неограниченным давлением.

Остальные детали, не соприкасающиеся с токсичной, коррозионной средой, изготовляются из стали ст3.

 

3. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

     Таблица 3.1

Данные  о равновесном составе пара над  жидкостью. [3]

x	y	t	P
0,00 6,47 8,91 12,72 19,23 24,97 29,93 38,04 45,39 64,51 100,00	0,00 31,49 38,82 47,82 57,76 64,43 68,59 74,21 77,52 85,04 100,00	118,7 109,51 106,82 103,71 99,44 96,23 93,99 90,85 88,96 84,72 80,2	760

 

По  данным таблицы строим линию равновесия и диаграмму равновесия между жидкостью и паром при постоянном давлении.

Линия равновесия.

Рис. 3.1.

 

Диаграмма равновесия между жидкостью и  паром при постоянном давлении.

Рис. 3.2.

 

 

 

 

4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЫ

 

4.1. Материальный баланс

Уравнение материального баланса.

G_F = G_D + G_W;

G_Fx_F = G_Dx_D+ G_Wx_W,

где G_F , G_D,, G_W –производительность по исходной смеси, дистиллята и кубового остатка; X_F, X_D, X_W – содержание легколетучего компонента в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке, массовые доли.

    Для дальнейших расчетов выразим  концентрации в мольных долях.

    Исходная смесь:

,

где M_Б , M_У.К. – молярная масса бензола и уксусной кислоты

     Дистиллят:

     Кубовый остаток:

Относительный мольный расход питания F:

Определим минимальное число флегмы R_min:

y =0,68 – мольная доля бензола в паре, равновесном с жидкостью питания, определяем по рис. 3.1.

     Определим  рабочее число флегмы:

R = 1,3· К

+ 0,3 = 1,3· 0,501 + 0,3 = 0,951