МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Омский Государственный Технический Университет

Кафедра «Химическая технология органических веществ»

Специальность «Химическая технология переработки нефти и газа»

Курсовой проект

на тему: «Проект ректификационной установки с тарельчатой колонной

непрерывного действия производительностью 21000 м³/час для разделения исходной смеси метиловый спирт- вода »

по дисциплине «Процессы и аппараты химической технологии»

Студент Липатов Артем Сергеевич группы ХТ-414

Пояснительная записка

Шифр проекта КП 49.07.02.016 ПЗ

Руководитель проекта (работы)

Ломова Ольга Станиславовна

___________________________

(Подпись, дата)

Разработал студент

Липатов Артем Сергеевич___________________________

(Подпись, дата)

Омск 2007

Содержание

Введение.	3
1. Задание к курсовому проекту.	5
2. Описание технологической схемы	6
3. Расчет основного аппарата.	7
3.1 Определение производительности по дистилляту и кубовому остатку.	7
3.2 Определение молярных концентраций исходной смеси, дистиллята и кубового остатка.	7
3.3 Построение равновесной кривой и изобары температур кипеня и конденсации.	7
3.4 Определение минимального флегмового числа.	8
3.5 Определение рабочего флегмового числа.	8
3.6 Средние массовые расходы.	8
3.6.1Средние массовые расходы по жидкости верхней и нижней части колонны.	8
3.6.2 Средние массовые потоки пара верхней и нижней частях колонны.	9
3.7 Определение скорости пара и диаметра колонны.	9
3.7.1 Средняя скорость пара.	9
3.7.2 Диаметр ректификационной колонны.	9
3.7.3 Скорость пара в рабочем сечение тарелки.	10
3.8 Гидравлический расчет тарелок.	10
3.8.1 Гидравлический расчет тарелок в верхней части колонны.	10
3.8.2 Гидравлический расчет тарелок в нижней части колонны.	11
3.8.3 Минимальное расстояние между тарелками.	12
3.9 Высота колонны.	13
3.9.1 Определение вязкости пара в укрепляющей и исчерпывающей части колонны.	13
3.9.2 Коэффициент диффузии жидкости и пара при средней температуре.	13
3.9.3 Коэффициент массоотдачи и массопередачи	14
3.9.4 Общее число единиц переноса на тарелку.	15
3.9.5 Локальная эффективность.	15
3.9.6 Фактор массопередачи.	15
3.9.7 Число ячеек полного перемешивания.	16
3.9.8 Относительный унос жидкости.	16
3.9.9 К.П.Д. по Мэрфри.	16
3.9.10. Построение кинематической линии.	17
3.9.11 Определение гидравлического сопротивления колонны.	17

4. Расчет проходного диаметра штуцеров колонны и выбор фланцев.	18
4.1 Штуцер для входа исходной смеси.	18
4.2 Штуцер для выхода пара в дефлегматор.	18
4.3 Штуцер для входа флегмы в колонну	18
4.4 Штуцер для выхода кубовой жидкости.	19
4.5 Штуцер для входа пара из кипятильника.	19
4.6 Изготовление штуцеров и выбор фланцев.	19
5. Подбор вспомогательного оборудования.	20
5.1 Расчет Дефлегматора.	20
5.2 Расчет Конденсатора.	20
5.3 Расчет Кипятильника.	20
5.4 Расчет Холодильника.	21
5.5 Насос для подачи исходной смеси.	21
5.6. Выбор емкости.	22
5.6.1 Емкость исходной смеси.	22
5.6.2 Емкость дистиллята.	22
5.6.2 Емкость кубового остатка.	22
6. Расчёт опор аппарата	23
7. Тепловой баланс	25
Заключение	26
Литература	27
Приложение	28

Введение.

Ректификация– разделение жидких однородных смесей на составляющие вещества или группы составляющих веществ в результате противоточного взаимодействия паровой смеси и жидкой смеси.

Возможность разделения жидкой смеси на составляющие её компоненты ректификацией обусловлена тем, что состав пара, образующегося над жидкой смесью, отличается от состава жидкой смеси в условиях равновесного состояния пара и жидкости.

Сущность процесса ректификации рассмотрим на простейшем примере разделения двухкомпонентной смеси, как и в случае нашего задания по курсовому проектированию, где требуется спроектировать ректификационную установку для разделения смеси «бензол-толуол». При ректификации исходная смесь делится на две части: часть, обогащенную легколетучим компонентом (ЛЛК), называемую дистиллятом, и часть, обедненную ЛЛК, называемую кубовым остатком.

Обозначим: G_f – количество смеси, поступающей на ректификацию;

G_p – количество поступающего дистиллята;

G_w – количество получающегося кубового остатка;

x_f, x_p, x_w – содержание ЛЛК в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке соответственно.

Тогда материальный баланс разделения:

• для всей смеси:

G_f = G_p + G_w;

• для легколетучего компонента в смеси:

G_f x_f = G_p x_p + G_w x_w

Обычно ректификационный аппарат состоит из двух частей: верхней и нижней, каждая из которых представляет собой организованную поверхность контакта фаз между паром и жидкостью.

В нижней части исходная смесь взаимодействует с паром, начальный состав которого равен составу кубового остатка. Вследствие этого из смеси извлекается легколетучий компонент.

В верхней ступени пар начального состава соответствующий составу исходной смеси, взаимодействует с жидкостью, начальный состав которой равен составу дистиллята. Вследствие этого пар обогащается легколетучим компонентом до требуемого предела, а менее летучий компонент извлекается из паровой фазы.

Пар для питания ректификационной колонны получается многократным испарением жидкости, имеющей тот же состав, что и кубовый остаток, а жидкость – многократной конденсацией пара, имеющего состав, одинаковый с составом дистиллята.

Рассматривая взаимодействие пара и жидкости в колонне, принимается допущение:

1. Мольные теплоты испарения компонентов одинаковы, поэтому каждый кмоль пара при конденсации испаряет соответственно кмоль жидкости и, следовательно, мольный поток пара, движущегося снизу вверх, одинаков в любом сечении аппарата.

2. При конденсации пара в конденсаторе не происходит изменения состава пара, и, следовательно, состав пара, уходящего из колонны, равен составу дистиллята: Xp = Yp.

3. При испарении жидкости в нижней части аппарата не происходит изменения ее состава, и, следовательно, состав пара, образующегося в испарителе, равен составу кубового остатка: Xw = Yw.

Полученный в конденсаторе дистиллят делится на две части. Одна часть направляется обратно в колонну – флегма, другая является отбираемым продуктом – дистиллят. Отношение количества возвращенного в колонну дистиллята (флегмы) к количеству дистиллята, отобранного в виде продукта – называется флегмовым числом R.

Количество пара, полученного в нижней части колонны, и проходящего по ней, равно:

при D = R + 1.

Это равенство доказывает, что разделение смеси при ректификации возможно в результате взаимодействия потоков пара и жидкости в колонне, при кратности испарения равной R + 1, и кратности конденсации, равной R.

Флегмовое число:

Уравнения рабочих линий для верхней и нижней частей ректификационной колонны соответственно:

Эти уравнения связывают составы в паре (Y) и жидкости (X) в любом произвольном сечении в соответственно укрепляющей и исчерпывающей частях колонны.

В данном курсовом проекте будут рассмотрены и проведены массообменные, тепловые, гидравлические расчеты для ректификации смеси метиловый спирт -вода производительностью 21000 кг/ч, а также подбор вспомогательного оборудования (емкости, насосы, теплообменные аппараты).