Проектирование ректификационной установки для разделения смеси бензол-толуол производительностью по дистилляту 3 кг/с
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
й части колонны насосом Н2 непрерывно выводится кубовая жидкость - продукт (толуол), обогащенный труднолетучим компонентом, который охлаждается в теплообменнике АТ4 и направляется в емкость-сборник Е2.
Таким образом, в ректификационной колонне осуществляется непрерывный неравновесный процесс разделения исходной бинарной смеси на дистиллят (с высоким содержанием легколетучего компонента) и кубовый остаток (обогащенный труднолетучим компонентом).
2. Технологический расчет ректификационной колонны непрерывного действия для разделения смеси бензол-толуол
.1 Материальный баланс и рабочее флегмовое число
Простая полная колонна. Обогрев глухим паром. Простая полная колонна имеет один сырьевой поток, два потока продуктов, один теплопровод и один теплосъем на концах аппарата. В таком аппарате сырье подается среднюю часть колонны, дистиллят отбирается сверху, а кубовый остаток - снизу колонны.
Запишем уравнение материального баланса:
GF = GD + GW (1)
GFXF = GDXD+ GWXW, (2)
где GF, GD, GW - массовые или мольные расходы питания, дистиллята и кубового остатка;
XF, XD, XW - содержание легколетучего компонента в питании, дистилляте и кубовом остатке, массовые или мольные доли
; кг/с
кг/с
Для дальнейших расчетов выразим концентрацию питания, в мольных долях.
Питание:
(3)
где,
- мольные массы бензола и толуола.
Дистиллят:
(4)
Кубовый остаток:
(5)
Относительный мольный расход питания:
(6)
Кривая равновесия (Приложение 1) точек перегиба не имеет.
Определяем минимальное число флегмы по уравнению:
; (7)
где =0,575 - мольную долю бензола в паре, равновесном с жидкостью питания, определяем по диаграмме Y* - X.
Рабочее число флегмы:
R=1,3RМИН+0,3=1,3*1,23+0,3=1,89 (8)
Уравнение рабочих линий:
а) верхней (укрепляющей) части колонны:
(9)
б) нижней (исчерпывающей) части колонны:
(10)
2.2 Определение скорости пара и диаметра колонны
Средние концентрации жидкости:
а) в верхней части колонны
(11)
б) в нижней части колонны
(12)
Средние концентрации пара находим по уравнениям рабочих линий:
а) в верхней части колонны
(13)
б) в нижней части колонны
(14)
Средние температуры пара определяем по диаграмме t-x, y (Приложение 1):
а) при
б) при
Средние мольные массы и плотности пара:
а)
(15)
б)
Средняя плотность пара в колонне:
(16)
Плотности жидких бензола и толуола близки. Температура вверху колонны при хD = 0,843 равняется 840С, а в кубе-испарителе при xW = 0,0468 она равна 107,5 0С.
Плотность жидкого бензола при 840С ?б = 810,52, а жидкого толуола при 107,5 0С ?т = 779,73.
Принимаем среднюю плотность жидкости в колонне
?ж = (810,52+779,73)/2 = 795,13
Определяем скорость пара в колонне. По данным каталога-справочника Колонные аппараты принимаем расстояние между тарелками h=500 мм.
Максимальная скорость пара в колонне для колпачковых тарелок по уравнению:
(17)
где а - коэффициент, для колпачковых тарелок а=1;
? - среднее значение поверхностного натяжения бензола и толуола в колонне, мН/м;
Сmax - коэффициент, зависящий от расстояния между тарелками, при h=500 мм, Сmax=900
м/с
м/с
Объёмный расход проходящего через колонну пара при средней температуре в колонне tср=(93 + 103,7)/2=98,350С
(18)
где MD-мольная масса дистиллята, равная
MD=0,84378+0,15792=80,2
Диаметр колонны:
(19)
По каталогу-справочнику Колонные аппараты берём D =2200. Тогда скорость пара в колонне будет:
.
2.3 Гидравлический расчет тарелок
Контактное устройство по заданию - колпачковая тарелка. Выбираем тарелку ТСКР для диаметра 2200 мм. Принимаем следующие размеры колпачковой тарелки: диаметр колпачка dк=100,свободное сечение тарелки (суммарная площадь отверстий) fк=3,80 м2. Периметр слива Lсл=1615 мм, высота прорезей колпачка h=20 мм, площадь прорезей колпачка fпр=2,99*10-3 м2, число колпачков n=142.
Определяем линейную плотность орошения
м3/м?с (20)
где Lсл - периметр слива, м;
Vж.ср - средний объемный расход жидкости по высоте колонны, м3/с;
Объемный расход жидкости
а) в верхней части колонны
м3/с , (21)
где Мср = 0,678 + 0,492= 83,6 кг/кмоль;
б) в нижней части колонны
0,0187 м3/с , (22)
где МF = 0,35778 + 0,64392 = 87 кг/кмоль
Тогда средний объемный расход:
Vж.ср = (0,0074 + 0,0187)/2 = 0,01305 м3/с
Подпор жидкости над сливным порогом:
?h = 0,667q2/3 = 0,6670,008082/3 = 0,0269 м (23)
Принимаем высоту сливной планки hсп = 20 мм.
Рабочая скорость пара в прорезях колпачка:
?0== 7,748 (24)
Значение ?0 должно удовлетворять условию
?0.мин < ?0 < ?0.макс (25)
Минимально допустимая скорость газа в прорезях колпачка:
а) для верхней части колонны
?0 = м/с (26)
б) для нижней части колонны
?0 = м/с
Скорость ?0.макс соответствует полному открытию прорезей:
а) в верхней части колонны
?0.макс= м/с (27)
б) в нижней части колонны
?0.макс = м/с
Полученные значения ?0.макс в обеих ча