Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон-метиловый спирт (стр. 1 из 4)
Министерство образования РФ
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра химической технологии
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К курсовому проекту по дисциплине
Процессы и аппараты химической технологии
Проект ректификационной установки для разделения смеси ацетон–метиловый спирт
Иркутск 2008 г.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА УСТАНОВКИИ ЕЕ ОПИСАНИЕ
2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ АППАРАТА
2.1 Материальный баланс колонны
2.2 Пересчет массовых долей
2.3 Расчет рабочего флегмового числа
2.4 Скорость пара и диаметр колонны
2.5 Определение высоты колонны
2.6 Определение числа и размеров колпачков
2.7 Расчет гидравлического сопротивления
2.8 Расчет патрубков и штуцеров
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
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.
Так, смесь состоит из двух компонентов, то при испарении компонент с наиболее низкой температурой кипения (низкокипящий компонент) переходит в пары, а компонент с наиболее высокой температурой кипения (высококипящий компонент) остается в жидком состоянии.
В настоящее время в химической и нефтехимической промышленности для проведения ректификации применяют насадочные и тарельчатые колонны. Тарельчатым аппаратам обусловлена высокая производительность и широкий диапазон нагрузок по пару и жидкости. Существует большое разнообразие контактных тарелок (колпачковые, ситчатые, клапанные, решетчатые).
Колпачковые тарелки снабжены патрубками, накрытыми сверху колпачками. Газ проходит через слой жидкости, уровень которой на тарелке поддерживается переливными трубками. Нижние концы переливных трубок опущены под уровень жидкости следующей тарелки, благодаря чему создается гидрозатвор, предотвращающий прохождение газа через переливные трубы. Жидкость с тарелки на другую тарелку перетекает через переливные трубы.
1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА УСТАНОВКИ И ЕЕ ОПИСАНИЕ
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.
ректификационный колонна патрубок гидравлический
Рис. 1. Технологическая схема ректификационной установки
Внутри ректификационной колонны-4 расположены контактные устройства в виде тарелок. Снизу вверх по колонне движется пар, поступающий из выносного куба – испарителя (кипятильника)-5 (куб – испаритель может размещаться и непосредственно под колонной). 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.
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, P, W – расход исходной смеси, дистиллята, кубового остатка, кг/с.
F = 10 кг/с,
= 5,97 кг/с, 
= 4,03 кг/с. Пересчет массовых долей в мольные:
x =
,где MA иMБ – молярные массы низкокипящего и высококипящего компонентов, соответственно, кг/кмоль.
Ацетон С3Н6О МА = 58 кг/кмоль [1, табл. XLIV], tкип = 56,1°С – низкокипящий компонент.
Метиловый спирт СН3ОНМБ = 32 кг/кмоль, tкип = 64,6°С – высококипящий компонент.
XF =
= 0,191 кмоль/кмоль смеси,XP =
= 0,563 кмоль/кмоль смеси,XW =
= 0,017 кмоль/кмоль смеси.2.3 Расчет рабочего флегмового числа
Для технологического расчета ректификационной колонны необходимо построить равновесную зависимость между жидкостью и паром для смеси ацетон - метиловый спирт в координатах y-x и t-x,y. Эти графики строятся на миллиметровке по опытным данным таблицы 1:
Таблица 1
| х | у | t | х | У | t |
| 0 | 0 | 64,6 | 60 | 65,5 | 55,8 |
| 2,0 | 4,7 | 64 | 65,0 | 69,1 | 55,6 |
| 5,0 | 10,8 | 63,0 | 70,0 | 72,6 | 55,5 |
| 10,0 | 19,6 | 61,6 | 75,0 | 76,3 | 55,4 |
| 15,0 | 27,0 | 60,6 | 80,0 | 80,02 | 55,4 |
| 20,0 | 33,5 | 59,5 | 80,1 | 80,1 | 55,4 |
| 25,0 | 38,8 | 58,7 | 85,0 | 83,6 | 55,4 |
| 30,0 | 43,2 | 58,1 | 87,0 | 85,3 | 55,5 |
| 35,0 | 47,6 | 57,4 | 90,0 | 88,5 | 55,6 |
| 40,0 | 51,4 | 56,9 | 95,0 | 94,1 | 55,8 |
| 45,0 | 54,9 | 56,5 | 98,0 | 97,7 | 56,0 |
| 50,0 | 58,8 | 56,2 | 100 | 100 | 56,1 |
| 55,0 | 62,1 | 56,0 |
Нагрузки ректификационной колонны по поднимающему пару и стекающей вниз жидкости определяются рабочим флегмовым числом R, которое показывает соотношение между количеством флегмы, подаваемой на орошение колонны (Ф) и количеством отбираемого дистиллята (Р):
.Предварительно определяют минимальное флегмовое число, которое можно рассчитать аналитически:
= 1,78.где
- концентрация легколетучего компонента в паре, находящегося в равновесии с исходной смесью XF (находится из графика рис. 1). 
Рабочее флегмовое число определяется как
,где β – коэффициент избытка флегмы (β= 1,02 ÷ 3,5).
Задаваясь различными значениями коэффициента избытка флегмы β для каждого из них определяется флегмовое число R, отрезок B, число теоретических тарелок в колонне nT, путем вписывания "ступенек" между равновесной и рабочими линиями. Данные заносим в таблицу 2.
Таблица 2
| β | 1,03 | 1,2 | 1,5 | 1,8 | 2,1 | |
| R | 1,83 | 2,14 | 2,67 | 3,20 | 3,74 | |
| В | 0,199 | 0,179 | 0,153 | 0,134 | 0,119 |  |
| nТ | - | 14 | 11 | 10 | 9 | |
| пТ (R + 1) | - | 44 | 40,4 | 42,0 | 42,7 |
Строится график в координатах
и из точки минимума на кривой определяется оптимальное рабочее флегмового число R: Rопт = 2,67, 
Для найденного рабочего флегмового числа R строятся рабочие линии процесса ректификации.
Уравнение рабочей линии верхней части колонны имеет вид:
= 0,728х + 0,153 2.4 Скорость пара и диаметр колонны
Предварительно определяются средние концентрации жидкости и пара для верхней и нижней частей колонны:
- средние концентрации жидкости:
,