Расчет ректификационной колонны

          Диаметр штуцера К для вывода кубовой жидкости в кипятильник колонны:

          Принимаем по ГОСТ 12821-80: d_K=200 мм. 

         Диаметр штуцера Е для ввода паров из кипятильника колонны: 

          Принимаем по ГОСТ 12821-80: d_E =400мм. 
 

        1.9 Определение толщины тепловой изоляции колонны 
 

        Выбираем в качестве теплоизоляционного материала стеклянную вату, для которой коэффициент теплопроводности =0,05 Вт/( ). Принимаем температуру на внутренней поверхности изоляции равной t_cm1 =97 °С, на наружной поверхности изоляции t_cm2 =-10,4 °С для зимних условий. Температуру окружающей среды для зимних условий принимаем t_cp =-20 °С, для летних условий t'_cp =18 °С.

        Считаем, что тепловые потери зимой составляют q_noт = 100 Вт/м². 

        Зимние условия 

        Толщина изоляции рассчитывается по уравнению: 

     

         Коэффициент теплоотдачи a рассчитывается по уравнению: 

  

         Расчетное значение тепловых потерь q_noт.р:

 

         Так как , никаких корректировок в значения ранее принятых температур вносить не надо.

         Проверим условие применимости уравнения

, приняв толщину стенки колонны =8 мм:

        Принимаем толщину тепловой изоляции равной: = 0,054 м.

        Проверим температуру наружной поверхности изоляции _cт2 для летних условий.  Из уравнения   

находим t =25 °С.   Такая температура: является допустимой. 

 

         Летние условия

         Тепловые потери летом составляют величину: 

 
 

        1.10 Определение площади поверхности теплопередачи кипятильника и дефлегматора 
 

         Принимаем коэффициент теплопередачи от греющего пара к кипящей жидкости К_к =1200 Вт/(м²×К). Расчетная площадь поверхности теплопередачи кипятильника F определяется по уравнению:  

                                                            

где Q_куб - тепловая мощность (расход теплоты) аппарата; К - коэффициент теплопередачи в аппарате; ∆t - средняя разность температур горячего и холодного теплоносителя в аппарате. 

 

          Принимаем в качестве кипятильника кожухотрубчатый испаритель с паровым пространством, имеющий площадь поверхности теплообмена F = 200 м .

          Запас площади теплообмена кипятильника: 

 

          Расчетная площадь поверхности теплообмена в дефлегматоре F_дp складывается из площади поверхности, необходимой для конденсации паров , и площади поверхности, необходимой для охлаждения конденсата :

 

          Принимаем коэффициент теплопередачи в зоне конденсации паров = 800 Вт/(м²×К), а в зоне охлаждения конденсата = 560 Вт/(м²×К).

        Тепловой поток в зоне конденсации паров: 

 

        Тепловой поток в зоне охлаждения конденсата: 

 
 

        Проверка:

 
 

        Температуру в конце зоны конденсации паров можно найти из уравнения: 

 

        Средняя разность температур в зоне конденсации паров и в зоне охлаждения конденсата : 

 

       Расчетная площадь поверхности теплопередачи дефлегматора: 

 

      Принимаем в качестве дефлегматора одноходовой кожухотрубчатый теплообменник с площадью поверхности теплообмена: F =80 м .

      Запас площади теплообмена составляет: 

 
 
 
 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 
 

      Процесс ректификации широко используется в переработке материалов химии и нефтехимии особенно. В обозримом будущем он сохранит актуальность, но следует отметить его высокую энергоемкость, что, рано или поздно скажется на области его применения. Показателем энергоемкости может служить тот факт, что нефтехимия на собственные нужды расходует от 8 до 12% перерабатываемого сырья. В этой связи целесообразно привести результаты производственного опыта проектирования систем ректифика-ционного разделения смесей, которые позволят уменьшить затраты процесса.

       1. При разделении смеси по температурам кипения компонентов в первую очередь отделяют самый низкокипящий компонент.

       2. Во вторую очередь отделяется компонент, находящийся в избытке по сравнению с другими компонентами.

       3. При разделении смеси необходимо соблюдать условие, когда в кубе и в верху колонны были бы примерно эквимолярные количества компонентов.

      4. Трудные разделения проводятся с минимальными количествами в конце схемы разделения.

      5. Вывод корродирующих компонентов должен быть осуществлен как можно раньше.

     Существенным  фактором уменьшения энергетических затрат процессом ректификации является вакуум (вернее, разряжение), который способен смещать, уменьшать температуру кипения компонента, увеличивая при той же температуре его испарение.

      Если компоненты образуют азеотропную смесь, т.е. смесь, кипящую при определенной температуре и имеющую коэффициент относительной летучести, равный 1, то применение обычной ректификации не позволяет разделить смесь на индивидуальные компоненты.

       Для разделения низкокипящих компонентов, образующих азеотропную смесь, применяют ректификацию в присутствии разделяющего компонента.      Ректификация в присутствии разделяющего компонента в зависимости от летучести будет называться азеотропной или экстрактивной ректификацией. Этот вид ректификации может применяться наряду с обычной ректификацией для уменьшения энергетических затрат процесса. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

СПИСОК  ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 
 

1. Касаткин  А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1972.-752 с
2. Коган В.Б., Фридман В.М., Кафаров В.В. Равновесие между жидкостью и паром. Наука, 1966.-900 с
3. Плановский А.Н., Николаев П.И. Процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1968.-848 с
4. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по процессам и аппаратам. М.: Химия, 1981.-560 с
5. Александров И.А. Ректификационные и абсорбционные аппараты. -М.: Химия, 1978. -277 с
6. Кувшинский М.Н., Соболева А.П. Курсовое проектирование по предмету "Процессы и аппараты химической промышленности".М.: Высшая школа, 1980.-223 с
7. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию / Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Под ред. Ю. И. Дытнерского, 2-е- изд., перераб. и дополн. М.: Химия, 1991.496 с
8. Справочник химика. 2-е изд., пер. и доп. Т. II. М.-Л., Химия, 1971.- 1168 с

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ПРИЛОЖЕНИЕ  А

(основное) 
 

Материальный  баланс ректификационной колонны 

      Таблица 1 - Материальный баланс колонны 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ПРИЛОЖЕНИЕ  Б

(основное) 
 

Теплофизические свойства толуола и гептана 

      Таблица 1- Теплофизические свойства толуола

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Таблица 2 - Теплофизические свойства гептана