63

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение...........................................................................................................................с. 4

2. Выбор принципиальной технологической схемы.........................................................с. 5

3. Материальный баланс…..................................................................................................с. 6

4. Расчет числа теоретических тарелок............................................................................. с. 7

5. Тепловой расчет............................................................................................................. с. 14

6. Конструктивный расчет ректификационной колонны............................................... с. 16

7. Расчет подогревателя исходной смеси.......................................................................... с. 27

8. Расчет холодильника кубового остатка………….........................................................с. 34

9. Расчет конденсатора дистиллята…………………………..……………………….…..с.41

10. Расчет испарителя кубового остатка…………………………………………….. …с.48

.

11. Конструктивно-механический расчет………………………………………….…… с.55

12. КИП и автоматика……………………………………………………………….…….с.58

13. Техника безопасности…………………………………………………………………с.59

14. Заключение................................................................................................................... с. 60

Приложения:

1. Спецификация………………………………………………………………………….с.61

2. Обозначения потоков на технологической схеме……………………………………..с.62

Литература…………….…………………………………………………………………..с. 63

1. Введение

Ректификация – массообменный процесс, который осуществляется в большинстве случаев в противоточных колонных аппаратах с контактными элементами. Являет собой самую эффективную непрерывную перегонку.

В производстве уксусной кислоты ректификация играет важную роль в процессе очищения уксусной кислоты-сырца и приведение её параметров к параметрам, заданным стандартами. Данный процесс является наиболее эффективным и экономичным в связи с тем, что целевой продукт и примеси имеют разные температуры кипения и, как следствие, разные летучести.

Уксусная кислота – сырье в производстве уксусного ангидрида, ацетилхлорида, монохлоруксусной кислоты, ацетатов, многих красителей, инсектицидов, лекарственных средств (аспирин, фенацетин); используют в пищевой промышленности в изготовлении приправ, маринадов, консервов в виде столового уксуса – 3–15%-ный водный раствор и уксусной эссенции – 80%-ный водный раствор пищевой уксусной кислоты. Уксусная кислота – растворитель лаков, коагулянт латекса, ацетилирующий агент в органическом синтезе. Соли уксусной кислоты (Fe, Al, Cr и др.) – протравы при крашении.

В данном курсовом проекте спроектирована ректификационная установка непрерывного действия, рассчитаны колонны насадочного типа, куб этой колонны, дефлегматор, проведен механический расчет аппаратов, их узлов и деталей, выбор вспомогательного оборудования, освещены автоматизация процесса и техника безопасности.

В графической части представлены: общая технологическая схема установки и чертеж основного аппарата.

2. Выбор принципиальной технологической схемы

3. Материальный баланс

В колонну (рис.1) поступает G_F кг/ч исходной смеси, состав которой массовых долей низкокипящего компонента (далее НК). Сверху из колонны удаляется G_п кг/ч пара, образующего после конденсации флегму и дистиллят. Количество получаемого дистиллята G_Д кг/ч, его состав массовых долей НК. На орошение колонны возвращается флегма в количестве G_R кг/ч, причем её состав равен составу дистиллята ( массовых долей). Снизу из колонны удаляется G_w кг/ч остатка состава массовых долей НК.

Тогда уравнение материального баланса колонны будет иметь вид:

G_F+G_R=G_П+G_W /1, с. 298, ф. 7-5/

поскольку

G_П­=G_Д+G_R,

то G_F=G_Д+G_W /1, с. 298, ф. 7-4/

Материальный баланс по НК.

/1, с. 298, ф. 7-5/

В соответствии с заданием материальный баланс имеет вид

4000*0,3=G_Д*0,97+G_W*0.15

Так как G_Д=4000-G_W

то 4000*0,3=(4000-G_W) *0,97+G_W*0.15

1200=3880-0,82G_W

2680=0,82 G_W

Отсюда:

G_W=3268 кг/ч=0,91 кг/с

G_Д=720 кг/ч=0,2 кг/с

G_F=4000 кг/ч=1,11 кг/с

4. Рассчет числа теоретических тарелок

ТАБЛИЦА 4.1

Равновесные данные по смеси вода - уксусная кислота. /1, стр. 518, табл.XLVII/

t	x	y
118,1	0	0
115,4	5	9,2
113,8	10	16,7
110,1	20	30,2
107,5	30	42,5
105,8	40	53,0
104,4	50	62,6
103,2	60	71,6
102,1	70	79,5
101,3	80	86,4
100,6	90	93,0
100	100	100

Расчет равновесных составов.

Но основании данных табл.4.1 строим диаграмму равновесных линий.

Рис. 4.1 Диаграмма равновесных линий для смеси вода – уксусная кислота

Произведем пересчет массовых долей в мольные доли:

/1, с 332/

где М_нк – молярная масса низкокипящего компонента, а М_вк – молярная масса высококипящего компонента

На основании данных задания и, исходя из диаграммы (рис 4.1) определяем равновесные составы:

ТАБЛИЦА 4.2

Равновесные составы жидкости и пара для смеси уксусная кислота – вода.

=0,3	xF=0.58	yF=0.698	tF=103.440
=0,97	xД=0,99	yД=0,99	tД=100.060
=0,15	xW=0.37	yW=0.5	tW=106.310

Число теоретических тарелок определяют графически по диаграмме у-х. Для этого строят ступенчатую линию, состоящую из вертикальных и горизонтальных отрезков, между рабочими линиями и кривой равновесия в пределах измерения х от x_Д до x_W. Число тарелок зависит от величины флегмового числа. Оптимальное флегмовое число можно определить из технико-экономического расчета, но ввиду его сложности воспользуемся следующим приближенным методом:

Число ступеней соответствует числу теоретических тарелок n_т, которое зависит от флегмового числа.

R=βR_min /1, с. 298, ф. 7-11/

где: β – коэффициент избытка флегмы, β=1,1-5

R_min­ – минимальное флегмовое число.

Значение R_min вычисляют по формуле:

Задаваясь значениями коэффициента избытка флегмы β=1,2; 1,5; 1,6; 1,7; вычисляют соответствующие действительные флегмовые числа R. А затем, построив для каждого R соответствующие рабочие линии, рис 4.2 – 4.5, графическим способом находят число теоретических тарелок.

Рассмотрим более подробно построение рабочих линий и определения числа теоретических тарелок для случая, когда β=1,2, рис. 4.2.

R_min=2,47

R= R_min*β=2,47*1.2=2,964

Наносят на у-х рабочие линии. Для верхней части колонны рабочая линия выражается уравнением:

или

Для построения рабочих линий откладывают на оси абсцисс диаграммы у-х, рис 4.2 составы жидкостей х_Д=0,99, х_F=0,58, х_W=0,37. Учитывая принятые допущения о равенстве составов жидкости и пара на концах колонны, из точки х_Д=0,99 восстанавливают вертикаль до пересечения с диагональю диаграммы в точке А с координатами х_Д- у_Д. Откладывая на оси ординат отрезок _{, соединяют прямой линией конец отрезка (т.Д) с точкой А. Из точки, отвечающей составу хF=0,58, проводят вертикаль до пересечения с линией АД в точке И. Прямая АВ – рабочая линия укрепляющей части колонны. Согласно допущения уW=хW, из точки, соответствующей составу хW=0,37, восстанавливают вертикаль до пересечения с диагональю диаграммы и получают точку С – конечную точку рабочей линии исчерпывающей части колонны. Соединяют точку С прямой с точкой В, принадлежащей одновременно рабочим линиям укрепляющей и исчерпывающей частей колонны. Прямая ВС – рабочая линия исчерпывающей части колонны.}

Результаты сводятся в табл. 4.3

ТАБЛИЦА 4.3

Значения величин β, R, х_Д/R+1, n_т.

№ рис.	β	R		nт	nт(R+1)
4.2	1,2	2,964	24,97	24	95,14
4.3	1,5	3,705	21,04	16	75,28
4.4	1,6	3,952	19,99	13	64,38
4.5	1,7	4,199	19,04	13	67,59

Поскольку пределы изменения β достаточно широки, необходимо определить оптимальное флегмовое число и соответствующие ему значения β. По данным табл. 4.3 строят кривую зависимости R от n_т, рис. 4.6, по которой графически устанавливают оптимальное флегмовое число и соответствующие ему значения β и n_т.

Для случая разделения заданной смеси вода - уксусная кислота, рис. 4.6 выбирают R=3,952, n_т=12, β=1,6.

Если представить зависимость R от n_т в виде функции n_т(R+1)=f(R), то на кривой зависимости n_т(R+1)- R (рис. 4.7) будет ярко выраженный минимум функции, соответствующий оптимальному флегмовому числу, т.е. R=3,952.