Автор работы: Пользователь скрыл имя, 31 Июля 2014 в 19:54, курсовая работа
Современная промышленность требует все больше чистых и особо чистых материалов. Поэтому производство становится еще более важным, сложным и дорогостоящим, а технологиям по разделению веществ и их очистке от примесей уделяется все большее внимание.
Наиболее распространенной промышленной технологией разделения является ректификация.
Ректификация известна с начала девятнадцатого века, как один из важнейших технологических процессов.
Введение
Основные сведения о процессе ректификации.
Технологическая схема ректификационной установки с описанием организации процесса ректификации.
Расчет процесса ректификации и определение основных технологических параметров.
Расчет и выбор основных конструктивных параметров ректификационной колонны.
Заключение.
Литература.
и проводим эту линию АВ при условии, что точка А лежит на диагонали диаграммы у —х и соответствует х= xd.
Вид равновесной и рабочей линии для нашего процесса представлены
на рисунке 6.
Отрезок рабочей линии DC для исчерпывающей нижней части колонны проводим из точки С, на диагонали диаграммы с координатой xw до пересечения с линией для укрепляющей верхней части колонны в точке D с координатой .
Значения температур принимаем равными температуре кипения водно-спиртовой смеси соответствующей концентрации (Приложение 1).
Значение теплоёмкости для водно-спиртовой смеси с массовой концентрацией спирта приближённо можно найти по формуле
Здесь
са = 2,67 кДж/кг
сь = 4,19 кДж/кг
кДж/кг
кДж/кг
кДж/кг
Потери теплоты в окружающую среду составляют 3...5 % от затрат теплоты на сам процесс и таким образом общий расход теплоты можно рассчитать по формуле
Расход греющего пара находится по формуле
где,
и - энтальпия насыщенного пара и энтальпия конденсата. Эти значения находят по таблицам воды и водяного пара для соответствующего давления (Приложение 4).
К основным размерам ректификационной колонны относятся ее диаметр D и рабочая высота Н.
Диаметр колонны определяем из условия обеспечения рабочей скорости пара в колонне по формуле
где,
- объемный расход пара в колоне
- рабочая скорость пара м/с.
Предельно допустимую скорость пара находят по эмпирической формуле
Где,
и - средние плотности соответственно жидкости и пара в колонне.
Среднюю плотность жидкости в колонне рассчитываем как полусумму плотности жидкости перегонном кубе и дистиллята.
Плотность жидкой смеми находим, учитывая массовые доли компонентов по формуле
где,
а –массовая доля спирта, %;
и - плотность спирта и воды при соответствующе температуре, кг/.
Определяем плотность кубового остатка по графику =956; и плотность дистиллята =756
Значение плотности жидкой смеси для соответствующей концентрации и температуры можно найти по графику (Приложение 3.).
Среднюю плотность пара, принимаем что над поверхностью жидкости в кубе пар имеет такую же мольную концентрацию как и кубовый остаток , а пар на выходе конце
Рабочую скорость пара в колонне можно принять
Объемный расход пара , можно найти приближенно по формуле
,
где,
- средняя температура пара в колонне.
Рабочую высоту колонны рассчитываем по формуле
где,
- действительное число тарелок;
- расстояние между тарелками, м.
Действительное число тарелок находим сначала, определив графическим методом теоретическое количество тарелок .
Теоретическое количество тарелок находят, построив в пространстве между ступеньками между действительной и равновесной линий концентрации для системы жидкость – пар ( рис.3). При этом принимается, что на каждой тарелке достигается состояние равновесия и число ступеней равно количеству теоретических тарелок. Действительное число тарелок
где,
- КПД тарелок, который принимают в пределах
Минимальное допустимое расстояние между тарелками принимают из условия обеспечения гидравлического затвора, т.е.
где,
- гидравлическое сопротивление тарелки, Па;
- средняя плотность жидкости в колонне, кг/
- ускорение свободного падения, м/
Сопротивление колпачковых тарелок рассчитывается в соответствии с методическими уравнениями
где,
- сопротивление неорошаемой тарелки, Па;
- статическое сопротивление столба жидкости, Па.
В свою очередь
где,
- коэффициент сопротивления неорошаемой тарелки
- скорость пара в отверстиях тарелки, м/с;
- средняя плотность пара, кг/
Скорость пара в отверстиях тарелки
где,
- уточненное после корректировки диаметра колонны значение рабочей скорости, м/c;
- относительная площадь
Cтатическое сопротивление столба жидкости
=(
где,
- высота погружения прорезей колпачка, м;
высота открытия прорезей колпачка, = 2/3
(здесь - высота прорезей колпачка, м;
- подпор жидкости над сливной перегородкой, м;
- средняя плотность жидкости в колонне, кг/;
g- ускорение свободного падения, м/
Высота погружения прорезей принимают равной
Высоту прорезей колпачка принимают в соответствии с их технической характеристикой (Приложнение 7).
Подпор жидкости над сливной перегородкой рассчитывается по значению расхода жидкости на единицу длины сливной перегородки
,
где,
- средний расход жидкости в колонне,
- длина сливной линии перегородки, м.
Средний расход жидкости находим как полусумму расхода для верхней (укрепляющей) и нижней (исчерпывающей) части колонны
где,
- плотность дистиллята при температуре кипения, кг/;
- плотность кубового остатка при температуре кипения, кг
Длина сливной линии перегородки является конструктивным размером колпачковой тарелки, и ее величину можно принять равной
Диаметры патрубков для ввода исходной смеси, пара из выносного кипятильника и вывода пара и кубового остатка из колонны рассчитываются по формуле
где,
- диаметр соответствующего патрубка, м;
- массовый расход
- плотность соответствующего компонента, кг/
- скорость течения компонента в патрубке, м/c
При этом массовый расход составляет:
Для исходной смеси =
Для кубового остатка =
Для вывода пара из колонны
Диаметр патрубка для ввода пара из кипятильника можно принять одинаковым, как и для вывода пара из колонны, поскольку объемный расход пара по колонне практически неизменен.
Скорость течения для пара применяется:
Для пара
Для жидкости
Заключение
В данной курсовой работе рассмотрена тема разделения смесей с помощью процесса ректификации. Была выбрана наиболее эффективная ректификационная колонна с колпачковыми тарелками. Приведена и разработана технологическая схема ректификационной установки с описанием организации процесса ректификации. Выполнен расчет материального баланса,
флегмового числа, основных размеров колонны – высоты, диаметра. Рассчитан тепловой баланс колонны и расход тепла. Изучен технологический процесс ректификационной колонны.
В курсовой работе
Список литературы
М. :МГЗИПП, 1998.-22с.