|
Реферат
………………………………………………………………………….
|
2
|
|
Введение…………………………………………………………………………
|
6
|
|
1.
Литературный обзор…………………………………………………………
|
7
|
|
1.1
Теоретические основы разрабатываемого проц6есса…………………….
|
7
|
|
1.1.1 Общие сведения о процессе ректификации…………..……………
|
7
|
|
1.1.2 Равновесие в системах жидкость-пар………………………………
|
8
|
|
1.1.3 Материальный и тепловой балансы ректификационной колоны...
|
11
|
|
1.2
Основные схемы для проведения процесса……………………………….
|
17
|
|
1.2.1 Непрерывная ректификация………………………………………...
|
18
|
|
1.2.2 Периодическая ректификация………………………………………
|
19
|
|
1.2.3 Экстрактивная и азеотропная ректификация………………………
|
20
|
|
1.3
Типовое оборудование для проектируемой установки…………………..
|
23
|
|
2.Описание и
обоснование установки…………………………………………
|
29
|
|
3.Расчёт ректификационной
колонны……………….…………………………
|
31
|
31
|
|
3.1.1
Материальный баланс колонны и………………………………….
|
31
|
|
3.1.2.
Определение рабочего флегмового числа…..…………………….
|
32
|
|
3.1.3.
Определение среднемассового расхода по жидкости…………….
|
35
|
|
3.1.4. Определение
среднемассового расхода по пару…….…………….
|
35
|
|
3.1.5. Скорость пара и диаметр колонны………………………………….
|
36
|
|
3.2.Определение
высоты колоны………………………………………………
|
38
|
|
3.2.1
Определение высоты колоны по кинетической кривой…………..
|
38
|
|
3.2.2.
Высота светлого слоя жидкости на тарелке и паросодержание барботажного
слоя………………………………………………………..
|
40 39
|
|
3.2.3
Определение коэффициентов массопередачи……………………..
|
43
|
|
3.2.4
Определение эффективности тарелки……………………………..
|
45
|
|
3.3. Расчет
гидравлического сопротивления тарелок колонны……………..
|
50
|
|
3.4. Расчёт штуцеров…………………………………………………………….
|
51
|
|
3.5 Тепловой баланс
ректификационной колоны……………………………..
|
51
|
|
4.Подробный
расчёт теплообменника…………………………………………
|
54
|
|
5.
Расчёт и подбор вспомогательного оборудования…………………………
|
58
|
|
5.1.
Расчёт кожухотрубчатого испарителя……………………………………..
|
58
|
|
5.2.
Расчёт теплообменника подогревателя…………………………………….
|
58
|
|
5.3.
Расчёт кожухотрубчатого конденсатора (дефлегматора)………………...
|
59
|
|
5.4.
Расчёт холодильника дистиллята…………………………………………..
|
60
|
|
5.5
Выбор насоса для перекачивания исходной смеси……………………….
|
60
|
|
5.6
Определение высоты всасывания…………………………………………...
|
63
|
|
Заключение………………………………………………………….……………
|
64
|
|
Список использованных
источников…………………………………………..
|
65
|
|
Приложение
1……………………………………………………………………
|
66
|
|
Приложение
2……………………………………………………………………
|
67
|
ВВЕДЕНИЕ
На всем протяжении своего развития химия служит
человеку в его практической деятельности. Еще задолго до новой эры возникли
ремесла, в основе которых лежали химические процессы: получение металлов,
стекла, керамики, красителей.
Роль современной химии в различных отраслях
промышленности и сельского хозяйства исключительно велика. Без развития химии
невозможно развитие топливно-энергетического комплекса, металлургии,
транспорта, связи, строительства, электроники, сферы быта и услуг и т. д.
Химическая индустрия снабжает народное хозяйство различными материалами и
сырьем. Это кислоты, щелочи, растворители, топливо, масла, пластмассы,
химические волокна, синтетические каучуки, минеральные удобрения и многие
другие. В различных отраслях промышленности используются химические методы,
например катализ (ускорение процессов), защита металлов от коррозии, обработка
деталей химическим способом.
Исключительно большое значение химия имеет в
энергетике, которая использует энергию химических реакций. В связи с истощением
природных запасов нефти возрастает потребление синтетического топлива, которое
вырабатывает химическая индустрия. Существенной экономии нефти позволяет
достичь внедрение новых процессов получения жидкого топлива из бурого и
каменного угля. Таким образом, химической и нефтехимической промышленности
отводится важная роль в реализации энергетической программы РБ.
Современная химическая промышленность характеризуется
весьма большим числом разнообразных производств, различающихся условиями
протекания технологических процессов и многообразием физико-химических свойств
перерабатываемых веществ и выпускаемой продукции. Вместе с тем технологические
процессы различных производств представляют собой комбинацию сравнительно
небольшого числа типовых процессов (нагревание, охлаждение, фильтрование и т. д.).
За последние десятилетия развитие химической технологии привело к появлению
принципиально новых процессов, что поставило химическую технологию на
качественно более высокий уровень. В этом отношении весьма перспективным является
бурное развитие вычислительной техники, которая создает невиданные до недавнего
времени возможности для исследования, моделирования и расчета процессов и
аппаратов химической технологии.
Ректификация — массообменный процесс, который
осуществляется в большинстве случаев в противоточных колонных аппаратах с
контактными элементами (насадки тарелки) аналогичными используемым в процессе
абсорбции.
Ректификационная установка даёт наиболее полное
разделение смесей жидкостей, целиком или частично растворимых друг в друге.
Процесс заключается в многократном взаимодействии паров с жидкостью - флегмой,
полученной при частичной конденсации паров.
2.ОПИСАНИЕ И ОБОСНОВАНИЕ
УСТАНОВКИ
Для разделения смеси толуол – бензол, применяется
ректификационное разделение. Процесс разделения требуется проводить непрерывным
способом. Так как нам не известны предыдущие стадии процесса, то перед подачей
на колонну необходимо предусмотреть накопительный бак, который будет
обеспечивать непрерывную подачу смеси на ректификационную колонну в случае
сбоев на предыдущих этапах производства, так как эти сбои могут привести к
остановке колонны. По этой же причине необходимо предусмотреть два
нагнетательных насоса, передающих исходную смесь с накопительного бака, через
теплообменники на ректификацию (на случай выхода одного из них из строя). Для
возможности очистки накопительного бака, предусматривается отвод в канализацию
из последнего предусматривается отвод в канализацию для воды.
Питание требуется подавать в колонну при температуре
кипения, для этого необходимо подогреть его. С этой целью перед подачей на
колонну устанавливается теплообменник. Так как исходная смесь толуол – бензол
кипит при температуре 99 С, то для подогрева, с целью экономии греющего пара,
целесообразно использовать тепло кубового остатка. Для отвода конденсата
предусматриваем отдельную канализационную систему, позволяющую возвращать
конденсат обратно на парогенерацию. В колонне исходная смесь разделяется на
два потока: толуол содержащий и бензол, отбираемых соответственно с нижней и верхней
частей колонны. толуол как более труднолетучий компонент, собирается внизу (в
кубовой части) колонны, а бензол как легколетучий компонент в верхней части
колонны. Для обеспечения потока пара через колонну, устанавливается кипятильник
кубового остатка. Часть кубового остатка в виде продукта отводится и собирается
в бак. Целесообразно предусмотреть установку сборных баков, как для толуола,
так и для бензола, т.к. не известно по технологической линии, куда направляются
продукты ректификации. Для транспортировки по дальнейшей технологической линии
продуктов, из сборных баков продукта транспортируются насосами. Перед подачей
бензола в сборную ёмкость его необходимо охладить, что осуществляется также при
помощи теплообменников. В целях экономии энергии, рационально использовать
тепло кубового остатка для нагревания питания. При этом также уменьшается
количество теплообменников, если этого тепла достаточно, чтобы нагреть питание
до температуры кипения, или уменьшается поверхность теплообменника при
использовании дополнительного подогрева с помощью греющего пара. Для
образования флегмы пары, содержащие преимущественно легколетучий компонент,
конденсируют в теплообменнике-дефлегматоре, и разделяют на отводимый в виде
продукта поток и на поток, возвращаемый как флегму обратно в колонну.
Так как в дефлегматоре продукт только конденсируется,
но не охлаждается, то перед подачей в сборную ёмкость его необходимо охладить.
Охлаждение продукта в теплообменнике и дефлегматоре осуществляется с помощью
воды, как наиболее дешевого теплоносителя. Для оборотной вода после выхода из
теплообменников и отвода предусматриваем отдельную канализационную систему,
для возможности раздельного направления на регенерацию. Для сборных ёмкостей
продуктов также устанавливаем отвода для промывных вод.
Так как в технологическом процессе используются легко
текучие и чистые жидкости с не большим расходом, то используем центробежные
насосы. В качестве теплообменников используем кожухотрубчатые теплообменники
как наиболее распространённые и вполне подходящие для реализации нашей
технологической схемы. Технологическая схема приведена на чертеже.