Построение равновесной и рабочей линии диаграммы (у-х) и диаграммы t - x , y
МО РБ
Институт повышения квалификации и переподготовки руководящих работников и специалистов УО «ПГУ»
Факультет повышения квалификации и
переподготовки руководящих работников
и специалистов инженерного профиля
Подразделение переподготовки и повышения квалификации по специальности «Технология переработки нефти и газа»
КУРСОВОЙ проект
По дисциплине «Процессы и аппараты химических производств»
на тему: «Расчет ректификационную установку для разделения смеси бензол-талуол»
Выполнил: | слушатель группы 09-ХТ-16 Собачкин С.А. |
Проверил: | ст.преп., Рудинская Т.В. |
Новополоцк, 2017
СОДЕРЖАНИЕ
Стр. | |
Введение | 3 |
Расчёт материального баланса Построение равновесной и рабочей линии диаграммы (у-х) и диаграммы t-x,y | 5 6 |
Определение скорости пара и диаметра колонны | 9 |
Определение числа тарелок и высоты колонны | 15 |
Расчёт гидравлического сопротивления тарелок и давления в кубе коллоны | 17 |
Расчет теплового баланса колонны | 19 |
Подбор подогревателя, дефлегматора и кипятильника | 22 |
|
|
Расчёт и подбор сырьевого насоса 24
Подбор штуцеров 27
Заключение 30
Литература 31
ВВЕДЕНИЕ
В данном курсовом проекте необходимо рассчитать ректификационную установку для разделения бинарной смеси бензол и талуол.
Ректификация – диффузионный процесс разделения жидких однородных смесей на составляющие вещества или группы составляющих веществ в результате многократного контактирования жидкой и паровой фаз. При этом в жидкости увеличивается концентрация высококипящего компонента, а в парах – низкокипящего.
Возможность разделения жидкой смеси на составляющие ее компоненты ректификацией обусловлена тем, что состав пара, образующегося над жидкой смесью, отличается от состава жидкой смеси в условиях равновесного состояния пара и жидкости. Известные равновесные данные для конкретной смеси позволяют проанализировать возможность разделения этой смеси, найти предельные концентрации разделения и рассчитать движущую силу процесса.
|
|
Процесс осуществляется в специальных аппаратах – ректификационных колоннах, содержащих в своей конструкции различные контактные устройства: тарелки, насадки и т. п.
1. Схема ректификационной установки
Рис. 1 Принципиальная схема ректификационной установки
Описание ректификационной установки
Исходная смесь из промежуточной емкости 9 центробежным насосом 10 подается в теплообменник 5, где подогревается до температуры кипения. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну 1 на тарелку питания, где состав жидкости равен составу исходной смеси .
Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике 2. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка Xw, 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), которая получается в дефлегматоре 3 путем конденсации пара, выходящего из колонны. Затем жидкость направляется в делитель флегмы 4. Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения дистиллята, который охлаждается в теплообменнике 6, и направляется в сборник дистиллята 11 при помощи насоса 10.
|
|
Из кубовой части колонны насосом 10 непрерывно выводится кубовая жидкость - продукт, обогащенный труднолетучим компонентом, который охлаждается в холодильнике остатка 7 и направляется в емкость 8. Таким образом, в ректификационной колонне осуществляется непрерывный неравномерный процесс разделения исходной бинарной смеси на дистиллят с высоким содержанием легколетучего компонента и кубовой остаток, обогащенный труднолетучим компонентом.
Расчет ректификационной колоны сводится к определению ее основных параметров – диаметра и высоты. Оба параметра в значительной мере определяются гидродинамическим режимом работы колонны, который в свою очередь, зависит, от скорости и физических свойств фаз, а так же от типа и размеров тарелок.
Исходные данные полученного проекта:
|
|
· производительность по сырью ;
· концентрация НКК (% масс.) , , ;
· тип контактного устройства – клапанные тарелки;
· давление в колонне .
Смесь подается в колонну при температуре начала кипения.
Расчёт материального баланса
Материальный баланс по потокам (7.4 [1]):
где - массовый расход дистиллята, кг/с; - массовый расход кубового остатка, кг/с; - массовый расход сырья, кг/с.
Материальный баланс по низкокипящему компоненту (7.5 [1]):
где – массовая доля НКК в дистилляте, % масс.; - массовая доля НКК в кубовом остатке, % масс.; - массовая доля НКК в сырьевом потоке, % масс.
Переведем массовый расход сырья в кг/с:
Найдем массовые расходы потоков:
Для дальнейших расчетов необходимо концентрации потоков выразить в мольных долях. Воспользуемся формулами, приведенными в табл. 6.2 [1].
· мольная доля НКК в сырьевом потоке:
где - массовая доля НКК в сырье; - молярная масса бензола , 78 г/моль; - молярная масса бензола, 92 г/моль.
· мольная доля НКК в дистилляте:
где - массовая доля НКК в дистилляте.
· мольная доля НКК в кубовом остатке:
где - массовая доля НКК в кубовом остатке.
Построение равновесной и рабочей линии диаграммы (у-х) и диаграммы t - x , y
Для построения диаграммы t-x,y воспользуемся таблицей 2.1 Равновесные составы жидкости и пара
Смесь | x | 0 | 5 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 100 |
Бензол- талуол | y,t | 0 110.6 | 11.5 108.3 | 21.4 106.1 | 38 102.2 | 51.1 98.6 | 61.9 95.2 | 71.2 92.1 | 79 89.4 | 85.4 86.8 | 91 84.4 | 95.9 82.3 | 100 80.2 |
Таблица 2.1
В результате получим диаграмму t-x,y для бинарной смеси бензол-талуол:
Рис 2.1. диаграмма t - x , y
Далее воспользуемся данными, представленными в таблице 2.1 для построения равновесной линии на диаграмме y-x для заданной смеси.
Для построения рабочей линии необходимо найти флегмовое число R,
Чтобы это сделать найдем сначала минимальное флегмовое число Rmin по формуле: , (2,1)
где - мольная доля воды в паре равновесном с жидкостью питания. Находим из диаграммы x-y:
Рис 2.2. Диаграмма х-у с изображением равновесной линии процесса ректификации
Подставим значения концентраций в формулу 2.1:
Рабочее число флегмы определяем по уравнению:
R=1,3* (2,2)
Определим вид уравнений рабочих линий для верхней и нижней частей колонны:
Уравнение рабочих линий:
а) верхней (укрепляющей) части колонны
; (2,3)
б) нижней (исчерпывающей) части колонны
y= ; (2,4)
где, F - относительный мольный расход питания:
F= ; (2,5)
На основе полученных выше данных построим рабочую линии на диаграмме х-у, сделаем это следующим образом:
1) Проведем линию х=хд до пересечения с диагональю и получим точку А.
2) Отложим на оси у отрезок B=28,4 ( из уравнения верхней части колонны) – получим точку B;
3) Соединим точки А и B – получим прямую АB;
4) Проведем линию х=xF до пересечения с AB и получим точку C;
5) Проведем линию х=хw до пересечения с диагональю и получим точку D;
6) Соединим точки С и D; в результате получаем ACD – рабочая линия.
Результаты построения отобразим на рисунке 2.3:
Рис.2.3. Диаграмма х-у с изображением рабочих линий процесса ректификации
Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 4655; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!