Процессы и аппараты. Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине Процессы и аппараты нефтегазпереработки и нефтехимии
 Скачать 1.57 Mb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное образовательное учреждение высшего образования «Самарский государственный технический университет» (ФГБОУ ВО Сам ГТУ) Кафедра Химической Технологии ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к курсовому проекту по дисциплине « Процессы и аппараты нефтегазпереработки и нефтехимии » Расчет ректификационной колонны для разделения бинарной смеси Студент группы Н3-20(с) ____________________ Л.В. Пахомов подпись, дата Руководитель проекта ____________________ М.С. Вдовенко подпись, дата Нормоконтролёр ____________________ М.С. Вдовенко подпись, дата Самара 2022  Содержание Техническое задание ………………………………………………………. . 2 Введение… ……………………………………………………………. 4 Технологический расчет колонны…………………………………… . 6 Материальный баланс колонны …………..……………..….......... 6 Выбор и обоснование давления в колонне ……………………. … 10 Выбор и обоснование типа используемых контактных устройств………………………………………………………………11 Температурный режим колонны…………………………………. 11 Расчет температуры верха колонны…………………………. 12 Расчет температуры куба колонны ………………………….. 13 Расчет оптимальной температуры сырья на входе в колонну………………………………………………………… 13 Диаграммы и рабочие линии процесса ……………………….. . 13 Построение диаграммы  в диапазоне рабочих температур………………………………………………….. 13Построение диаграммы равновесия жидкость-пар в координатах  …………………………………………… 15Определение минимального и оптимального флегмового числа процесса ………………………………………………… 15 Построение рабочих линий процесса………………………... 20 Тепловой баланс колонны ………..……………………………… 20 Гидравлический расчет колонного аппарата ………………………….. 23 Расчет нагрузки по парам и жидкости в различных сечениях колонны……………………………………………………………… 23 Определение диаметра колонны………………………………….. 25 Ступени контакта процесса…………………………………………29 Определение числа ступеней контакта………………………. 29 Определение КПД тарелки и их реального числа ……………36 Определение межтарельчатого уноса…………………………….. 43 Расчет гидравлического сопротивления контактных устройств… 43 Механический расчет аппарата ……………………… ………………... 44 Определение высоты колонны ……………………………………..44 Выбор и обоснование материала корпуса и днища …………...... 44 Расчет толщины обечайки …………………………………………. 44 Расчет толщины днища ………………………………………… 44 Расчет диаметров патрубков колонны …………………………... 45 Расчет тепловой изоляции колонны …………………………….. 49 Заключение………………………………………………………………. 50 Список используемой литературы ………………………………………….... 51 Введение С  хема ректификационной установкиРисунок 1. Принципиальная схема ректификационной установки Принципиальная схема ректификационной установки представлена на рисунке 1. Исходная смесь из промежуточной емкости 9 центробежным насосом 10 подается в теплообменник 5, где подогревается до температуры кипения. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну 1 на тарелку питания, где состав жидкости равен составу исходной смеси XF. Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике 2. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка Xw, т.е. обеднен легколетучим компонентом. В результате массообмена с жидкостью пар обогащается легколетучим компонентом. Для более полного обогащения верхнюю часть колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом жидкостью (флегмой) состав XP, которая получается в дефлегматоре 3 путем конденсации пара, выходящего из колонны. Затем жидкость направляется в делитель флегмы 4. Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения – дистиллята, который охлаждается в теплообменнике 6, и направляется в сборник дистиллята 11 при помощи насоса 10. Из кубовой части колонны насосом 10 непрерывно выводится кубовая жидкость – продукт, обогащенный труднолетучим компонентом, который охлаждается в холодильнике остатка 7 и направляется в емкость 8. Таким образом, в ректификационной колонне осуществляется непрерывный неравномерный процесс разделения исходной бинарной смеси на дистиллят с высоким содержанием легколетучего компонента и кубовой остаток, обогащенный труднолетучим компонентом. Технологический расчет аппарата
Определение легко и тяжело летучего компонента Температура кипения компонентов при атмосферном давлении Гептан – 98,42 0С Октан – 125,6 0С Легко летучий – гептан , тяжело летучий – октан Молярные массы   1. 1 Материальный баланс колонны Производительность колонны по дистилляту D и кубовому остатку W определяем из уравнений материального баланса колонны  ;  , отсюда находим   Проверка 
      Проверка    Мольный расход гептана и октана в сырье, дистилляте и кубовом продукте , кмоль/с:          Проверка    Нагрузки ректификационной колонны по пару и жидкости определяем рабочим флегмовым числом R , для чего: Производим пересчет массовых концентраций потоков в мольные    Либо через мольные расходы, по формуле,          Проверка:    Материальный баланс колонны сведен в таблице 2. Таблица 2 Материальный баланс колонны
Выбор и обоснование давления в колонне Давление в колонне принимается атмосферным, что объясняется наличием данных по температурам насыщения ( кипения) в справочной литературе, Наиболее важным основанием является наличие данных по равновесному состоянию пары компонентов гептан-октан при атмосферном давлении. Принятие атмосферного давления в колонне позволяет получить минимальное значение толщин обечайки и днища колонны, уменьшает массу колонны, не требуется производить мероприятий по уплотнению соединений арматуры и измерительных приборов колонны. Выбор и обоснование типа используемых контактных устройств Критерием выбора контактных устройств является получение наименьших размеров колонны ( диаметр и высота) , достаточно изученная методика расчета. Так как производительность колонны высока, применение насадочной колонны может привести к большим диаметрам и необходимости разделение потока сырья на две , а может быть и на три и более колонны, так как насадочные колонны всегда больше по размеру, чем тарельчатые колоны . К тому же разделяемые жидкости не ядовиты и не загрязняют поверхности, что дополнительно определяет отказ от насадочной колонны. Применение клапанных тарелок прямоточных ТПК обуславливается возможностью большого диаметра колонны , а колонны диаметром 3.8 --4 метра с клапанными тарелками и с ситчатыми тарелками производятся на двух предприятиях Черновицкий и Салаватский машиностроительный заводы. Однако применение ситчатых тарелок дает большие диаметры колонн, поэтому применим в расчете тарелки клапанные прямоточные  Температурный режим колонны Температурный режим колонны Температурный режим колонны определяется компонентным составом разделяемой смеси , температурами кипения при атмосферном давлении Гептан – 98,42 0С Октан – 125,6 0С Расчет температуры верха колонны Расчет температур верха колонны возможен после проведения полного расчета колоны, расчета диаметра колонны, скоростей сред, и получения потерь давления паровой и жидкой по высоте колонны , самой высоты колонны. Поэтому принятие температур может быть только ориентировочным так как предварительно необходимо построить диаграммы равновесных состояний что согласно требований по содержанию расчетно-пояснительной записки по заданию , должно быть выполнено в пункте тем 1.5 n 1.5.1. Поэтому внесены данные по температурам после выполнения необходимых вычислений Температура паров в верхней части  Температура паров в нижней части  Расчет температуры куба колонны вообще возможен после расчета потерь давления в колонне и получения давления в кубе , принимая , что в кубе содержится тяжелый компонент и его температура кипения при атмосферном давления 125,60С Расчет оптимальной температуры сырья на входе в колонну Температуре сырья на входе в колонну примаем равной температуре верха колонны.  Для верхней части по жидкости  в мольных доляхДля нижней части по воде  в мольных долях Температура паров в верхней части Температура паров в нижней части | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
=0,42
= 0,99
=0,03
