WWW.KNIGA.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Онлайн материалы
 

«Раздел 6. ТРЕБОВАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВЫХ ПРОЕКТОВ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ» 6.1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧА ...»

Раздел 6.

ТРЕБОВАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВЫХ

ПРОЕКТОВ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ПРОЦЕССЫ

И АППАРАТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ»

6.1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧА

КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Основная цель курсового проектирования состоит в

систематизации, закреплении, расширении и углублении

практических знаний, приобретенных студентами при изучении курса «Процессы и аппараты химической технологии» и ряда предшествующих общеобразовательных дисциплин, таких, как термодинамика и теплопередача, гидравлика, конструирование и расчет аппаратов и машин, в практическом применении этих знаний при самостоятельном проведении разнообразных расчетов и конструкторской разработке отдельных машин и аппаратов химической технологии. Кроме того, при выполнении курсового проекта студент приобретает навыки в аппаратурно-технологическом оформлении конкретного производственного процесса, в умении целенаправленно работать с учебной, научнотехнической и справочной литературой, каталогами промышленного оборудования, ГОСТами и другими нормативными документами и материалами.

Опыт, приобретенный студентами при работе над курсовым проектом по кафедре ПАХТ, послужит базой для выполнения в дальнейшем курсового и дипломного проектов по дисциплинам специализации.

6.2. ТЕМАТИКА КУРСОВЫХ ПРОЕКТОВ,



СРОКИ ВЫПОЛНЕНИЯ

Курсовые проекты выполняют студенты дневной и вечерней форм обучения, прослушавшие полный курс ПАХТ и успешно сдавшие экзамены по этому курсу.

Индивидуальные задания подготавливает кафедра и выдает студентам на первой неделе учебного семестра в соответствии с учебным планом специальности.

Примерный перечень тем курсовых проектов, включающий основные разделы учебного курса ПАХТ, приведен в Приложении 1.

Студентам может быть предложена разработка в курсовом проекте нестандартного оборудования, включающего элементы новизны и научно-технического творчества, например, расчет и конструктивная проработка аппаратов, защищенных патентами и авторскими свидетельствами, разработка новых учебных и научно-исследовательских стендов и установок с проведением всех сопутствующих расчетов в объеме сданного курса ПАХТ.

Допускается выдача задания на бригаду студентов, состоящую из двух, трех или четырех человек (не более), включающего разработку полной технологической схемы конкретного химического производства с проработкой основных и вспомогательных аппаратов отдельных его стадий. Количество студентов в бригаде определяет преподаватель-консультант, с учетом сложности технологической схемы, индивидуальных способностей студентов, возможности совместной работы членов бригады над проектом и т. д. В этом случае объем индивидуальных заданий распределяется между членами бригады равномерно, с представлением чертежей технологической схемы (СТ) и общего вида всех комплектующих эту схему установок (монтажного чертежа) (листы № 1, 4) в одном экземпляре на всю бригаду.

Кафедра проводит консультации по выданным темам проектов.

Сроки выполнения курсового проекта указываются в задании, выданном студенту. Защиту проекта проводят в соответствии с графиком кафедры.

6.3. СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВЫХ ПРОЕКТОВ

Курсовые проекты, независимо от их тематики, состоят из текстовой части (расчетно-пояснительной записки) и графической конструкторско-технологической документации, включающей в себя, как правило, 4 листа формата А1 рабочих чертежей проектируемой установки:





Лист № 1 – чертеж технологической схемы проектируемой установки (СТ);

Лист № 2 – чертеж общего вида (ВО) основного аппарата или машины установки с поясняющими надписями, видами, разрезами и узлами;

Лист № 3 – чертеж общего вида (ВО) вспомогательного аппарата установки с поясняющими надписями, видами, разрезами и узлами;

Лист № 4 – чертеж общего вида всей проектируемой установки (монтажно-компоновочный).

6.4. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ

К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

6.4.1. Текстовая часть. Общие положения Все текстовые документы, схемы, графики, эскизы и таблицы, входящие в состав расчетно-пояснительной записки к проекту, выполняют на листах белой бумаги форматом А4 (297210 мм) с односторонним заполнением. Допускается выполнение графиков, диаграмм, схем и эскизов на миллиметровой бумаге такого же формата. В случае, если рабочее поле диаграмм, графиков, схем и таблиц превышает указанный формат, необходимо аккуратно согнуть лист в размеры форматом А4.

Поля на каждом листе текстовой части: слева 30–35 мм, справа – 10 мм, снизу – 20 мм, сверху – 15 мм. Нумерация листов записки – сквозная, цифры проставляют посередине в нижней части листа.

Текст записки разбивают на разделы, подразделы, пункты и подпункты, выделяемые подчеркиванием их названия и цифровой разрядной нумерацией, с простановкой точек между цифрами, например:

1. Название раздела.

1.1. Название подраздела.

1.1.1. Название пункта.

1.1.1.1. Название подпункта.

Все заголовки разделов, подразделов, пунктов и подпунктов выносят в содержание с указанием соответствующих им страниц.

Расчетные уравнения и формулы в тексте должны иметь двузначную индексацию, проставляемую в круглых скобках в правой стороне поля листа. Первая цифра указывает номер раздела записки, вторая – порядковый номер формулы в этом разделе, например (3.8). Формулу записывают сначала в символах, затем подставляют численные значения величин, входящих в формулу, в какой-либо системе размерностей, а потом записывают конечный результат. При этом промежуточные вычисления и сокращения не допускаются.

Конечный результат расчета по формулам должен быть обязательно приведен здесь же в размерности единиц СИ.

Значения символов и числовых коэффициентов, входящих в формулу, должны быть расшифрованы в тексте непосредственно за формулой. Каждый символ выписывают с новой строки в той последовательности, в какой они приведены в формуле. Первая строка расшифровки должна начинаться со слова «где», без двоеточия после него.

При подстановке в формулы конкретных величин их место должно строго соответствовать месту символа в общем виде этой формулы, например:

Толщину стенки обечайки корпуса аппарата определяем по формуле [3] РD S= +c = 2[] Р (6.4.1) 10 6 1,2 + 0,002 = 7 10 2 м, = 2 110 10 0,85 10 где S – толщина стенки, м; Р – расчетное давление в аппарате, Па; D – внутренний диаметр аппарата, м; [] – допускаемое напряжение, Н/м2; =0,85 – коэффициент прочности продольного сварного шва; с – суммарная прибавка на коррозию и технологическая, м.

При повторном использовании одной и той же формулы общий вид ее не записывают, а подставляют непосредственно цифровые величины по указанным правилам и приводят конечный результат расчета. При этом в тексте дается ссылка на первый случай применения этой формулы с указанием ее номера и страницы записки, где она приводится, например, Толщину стенки обечайки корпуса теплообменника рассчитываем по формуле (6.4.1) 10 6 1, 2 S= + 0,002 = 7 10 2 м.

2 110 10 0,85 10 Приводимые в записке значения физических параметров сред и материалов, различных коэффициентов и постоянных величин должны сопровождаться ссылками в квадратных скобках, например, [3] порядковый номер в списке использованной литературы (см. далее). При этом в тексте дают все необходимые пояснения, подтверждающие правомочность принятых значений указанных величин.

Все приводимые в записке методы расчета, основные расчетные зависимости, схемы установок, выбор типа основных аппаратов и вспомогательного оборудования должны иметь ссылки на литературные источники, из которых они заимствованы (учебная и техническая литература, справочники, каталоги, ГОСТы, ОСТы и другие нормативные материалы). Допускают применение нестандартных методов расчета и исполнение отдельных узлов аппаратов, приведенных в научно-технических журналах, авторских свидетельствах, патентах, отчетах по НИР кафедры, а также самостоятельных расчетов и конструкторских решений, если они не противоречат физическому смыслу рассматриваемого процесса.

Результаты приведенных расчетов и другой цифровой материал, содержащийся в тексте записки, рекомендуется сводить в таблицы, размещаемые после первого упоминания о них по тексту. Таблицы должны иметь заголовок и в правой части над ним слово «Таблица» с указанием ее порядкового номера. Например, Таблица 3 Результаты технологического расчета ректификационной колонны с ситчатыми тарелками Таблицы, схемы, диаграммы и графики следует размещать в записке как и страницы основного текста. В отдельных случаях допускается горизонтальное расположение их с верхним полем к стороне подшивки страниц записки.

При применении в проекте расчетов, проводимых на ЭВМ, в записке следует помещать алгоритм и распечатку результатов расчета с соответствующими ссылками на источник информации и необходимыми пояснениями в тексте.

Рекомендуется следующий ориентировочный порядок расположения отдельных частей и разделов расчетнопояснительной записки (РПЗ) (в зависимости от изучаемой специальности).

1. Титульный лист проекта (см. Приложение 2).

2. Задание на курсовой проект, подписанное консультантом и студентом.

3. Содержание РПЗ с перечислением всех разделов, подразделов, пунктов и подпунктов, с указанием справа от записи номеров страниц по тексту.

4. Введение, включающее в себя краткий обзор по теме проекта, характеристику исходного сырья, полупродуктов и целевых продуктов, их значение и область применения, а также другие сведения общего характера.

5. Обоснование и описание полной конкретной технологической схемы проектируемой установки с разработкой задания на ее автоматизацию (по листу № 1).

6. Технологические расчеты аппаратов и машин (листы № 2, 3), входящие в состав установки.

Этот раздел должен иметь самостоятельные, взаимосвязанные подразделы, количество которых зависит от характера расчетов, их содержания и тематики проекта.

В общем случае, этот раздел содержит следующие подразделы:

• расчет кинетики процесса;

• расчет материальных потоков (как по установке, так и по отдельным аппаратам и машинам);

• тепловые расчеты (балансовые соотношения) по основным аппаратам и машинам. Для одного из проектируемых аппаратов установки, работающего в наиболее жестком тепловом режиме, проводят расчет тепловой изоляции.

В результате проведения технологических расчетов определяют рабочие объемы аппаратов, поверхности теплообмена, все основные конструкционные и технологические размеры аппаратов и машин установки и т.

д. Технологическая часть РПЗ должна всегда содержать полное расчетное обоснование проектируемых, рассчитываемых или подбираемых аппаратов и машин. Эти расчеты рекомендуется заканчивать сводной таблицей основного оборудования (рассчитываемого и принятого в проекте) с указанием технических характеристик и сводкой расходных показателей по сырью, пару, воде, воздуху, электроэнергии, по выходу целевого продукта и др.

Целесообразно привести сводку теплофизических констант по результатам выполнения тепловых и массообменных расчетов.

7. По данным технологических расчетов проводят конструктивную проработку основных аппаратов, машин, входящих в состав проектируемой установки и выносимых на листы № 2, 3 графической части проекта. Этот подраздел должен содержать материалы, отражающие рациональную компоновку внутренних и внешних устройств и узлов аппарата или машины, наличие основных и вспомогательных штуцеров, лазов, люков, приспособлений для установки средств КИП, предохранительных клапанов и мембран и т. д.

Здесь же автор проекта уточняет основные расчетные размеры аппаратов, например, выбирает вид компоновки трубного пучка теплообменного аппарата, количество и длину труб, диаметр корпуса аппарата. При этом аналогами разрабатываемых в проекте аппаратов должны служить технические характеристики и параметры нормализованных конструкций химического оборудования, приведенные в каталогах. В случае отклонения принятых размеров от расчетных необходимо уточнить (проверочный) расчет технологических параметров, таких, как скорости перемещения материальных потоков, коэффициенты тепло- и массопередачи и т. д.

8. Гидравлические расчеты проводят с целью обоснованного выбора нагнетательного стандартного оборудования (насосов, компрессоров, воздуходувок, вентиляторов, вакуум-насосов и др.).

Расчет сводят к определению суммарных сопротивлений в рабочих пространствах проектируемых аппаратов и машин с ориентировочным учетом сопротивлений в подходящих трубопроводах.

9. Подбор вспомогательного оборудования и устройств, а также требуемых для нормальной эксплуатации проектируемой установки трубопроводов и арматуры (емкости, конденсатоотводчики, краны, вентили, задвижки, заслонки, клапаны и т. д.) осуществляют по действующим ГОСТам, РТМ, каталогам и справочникам с учетом физикохимических свойств обрабатываемых сред и результатов технологических расчетов. Целесообразно составить таблицу

– сводку основных характеристик вспомогательного оборудования.

10. Энергетические расчеты сводят к определению полезной мощности, потребляемой машиной, аппаратом в эксплутационных условиях с учетом характера конкретного процесса и производительности рассчитываемого и выбираемого оборудования для всей установки (перемешивающие устройства, транспортирующие механизмы, нагнетательное оборудование, редукторы, вариаторы и т. п.).

11. Механические расчеты являются одной из основных частей расчетно-пояснительной записки и включают в себя кинематический, силовой и прочностной расчет. Они должны содержать обоснование размеров отдельных элементов и сборочных единиц разрабатываемых в проекте аппаратов и машин, несущих как статические, так и динамические нагрузки, и обеспечивающих надежность и долговечность всего оборудования, входящего в состав установки, со всеми необходимыми поясняющими схемами и эскизами.

11.1. Кинематический расчет (в случае необходимости его проведения) предшествует прочностному расчету и устанавливает (по выбранной схеме) взаимосвязь между рабочими элементами отдельной машины (аппарата) с источником энергии. Здесь должны быть использованы серийно выпускаемые механизмы: вариаторы, редукторы, подшипники и муфты, которые выбирают по каталогам и справочным материалам, без проведения их прочностного расчета.

11.2. Силовой расчет дает возможность определить и рассчитать величины нагрузок, действующих на отдельные элементы конструкций машин и аппаратов. Этот расчет проводят для всех ответственных элементов конструкции одного из проектируемых аппаратов (машин) и иллюстрируют в тексте записки необходимыми эскизами и схемами с указанием направления и величин действующих сил (например, опорные устройства горизонтальных и вертикальных аппаратов).

11.3. Прочностные расчеты выполняют способами, излагаемыми в курсах теоретической механики, сопротивления материалов, основ конструирования и расчета элементов машин и аппаратов с обязательным использованием ГОСТов и других нормативных материалов.

Разрешается, по согласованию с консультантом проекта, выполнять отдельные прочностные расчеты по методикам, заимствованным из научных статей в технических журналах и диссертаций, с обязательной ссылкой на источник информации. Целью этого подраздела является обоснование выбора размеров отдельных типовых элементов конструкций, грамотное назначение конструкционных элементов из условий прочности, коррозионной стойкости, точности изготовления, чистоты поверхности и т. д.

Рекомендуется проводить по одному виду расчета следующих, наиболее нагруженных элементов конструкции основных аппаратов (машин):

а) толщины стенки аппарата, нагруженного внутренним или внешним давлением;

б) толщины крышки (днища) аппарата;

в) толщины трубной решетки теплообменника из условий развальцовки;

г) компенсатора температурных напряжений;

д) перемешивающего устройства и его привода;

е) укрепляющего элемента в стенке аппарата в зоне сквозного отверстия;

ж) опорных элементов конструкции (для горизонтальных и вертикальных аппаратов, «наземных» аппаратов и подвесных);

з) расчет на ветровую нагрузку (для колонных аппаратов);

и) сальниковых и торцевых уплотнений;

к) фланцевого соединения (наиболее нагруженного);

л) других специфических элементов конструкции аппаратов (массообменные тарелки, стенки толстостенных аппаратов и т.

п.).

12. Экологический раздел, в котором приводят методы и виды аппаратуры для предотвращения загрязнения окружающей среды, анализ улавливания и утилизации твердых, жидких и газообразных отходов, промывных и сточных вод.

Каждый раздел, подраздел, пункт и подпункт должен заканчиваться самостоятельными выводами автора проекта, комментирующими результаты проведенных расчетов и принятие тех или иных конкретных значений параметров процесса, коэффициентов, постоянных величин, геометрических размеров, схем нагружения и т.п. Допускают введение отдельного раздела в текст пояснительной записки, содержащего общие выводы по материалам всего проекта.

Программы машинного счета, если они разработаны студентами, и результаты расчетов на ЭВМ могут быть помещены в приложениях после списка литературы.

Расчетно-пояснительная записка должна заканчиваться списком литературы, включающим использование в выполняемом проекте источников информации. Учебная, научно-техническая литература, монографии, справочники и методические пособия содержат фамилию и инициалы автора (авторов), название (без кавычек), место (город) издания, название издательства, год издания и общее число страниц.

Например:

1. Плановский А.Н., Николаев П.И. Процессы и аппараты химической технологии. – М.: Химия, 1987. – 496 с.

Ссылка на научную статью в сборниках научных трудов должна содержать фамилию и инициалы автора (авторов), название статьи, название журнала, год выпуска, номер тома (выпуска), номера страниц, на которых напечатана статья (через тире).

Например:

2. Баранов Д.А., Кутепов А.М., Лагуткин М.Г.

Гидроциклоны в технологии обработки пенообразующих сред. // Хим. пром. – 1998. – № 8. – С. 491–495.

Сведения о стандартах включают в себя обозначение и полное название.

Например:

3. ГОСТ 14249-80. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность.

Ссылки в списке литературы желательно располагать в порядке, соответствующем упоминанию в тексте записки.

6.4.2. Объем текстовой части

Объем текстовой части расчетно-пояснительной записки, включая диаграммы, графики, схемы, таблицы должен быть не менее 35–40 страниц рукописного текста.

Пояснительная записка после выполнения всех видов расчета и графической части проекта должна быть сброшюрована в папку «Скоросшиватель» (или другой тип твердого переплета, например, ватман). На обложку наклеивают титульный лист проекта, который должен быть подписан студентом и консультантом. После проверки содержания расчетно-пояснительной записки консультант делает пометку на титульном листе «К защите» с указанием даты готовности проекта.

6.5. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

И ОСНОВНЫЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ

ГРАФИЧЕСКОЙ ЧАСТИ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

В графическую часть курсовых проектов включают конструкторские и технологические графические документы (чертежи и схемы, выполненные на 4 листах ватманской бумаги форматом А1 с полями по 5 мм, кроме поля слева – 20 мм), чертежи должны давать полное и ясное представление о принятых инженерных решениях и разработках, приведенных в курсовом проекте.

Чертежи и схемы типовых, стандартных элементов и оборудования, выпускаемых серийно и применяемых в проекте без каких-либо существенных изменений, в состав проекта не включают.

В проектах, выполняемых по специальным заданиям кафедры, компоновочно-технологический лист может быть заменен на оригинальную разработку.

Исследовательские курсовые проекты могут содержать листы, включающие графики, схемы и расчетные зависимости, выполненные в туши. В этом случае по усмотрению руководителя проекта объем графической части может превысить 4 листа.

Чертежи графической части курсового проекта выполняют в карандаше или на компьютере в системе Autocad в соответствии с правилами технического машиностроительного черчения, изложенными в нормативных документах ЕСКД.

6.6. ПОРЯДОК ЗАЩИТЫ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Не менее чем за месяц до установленных кафедрой сроков сдачи курсовых проектов, руководитель-консультант проекта назначает согласованную со студентом (бригадой) дату защиты. На кафедре составляют сводный график сроков защиты курсовых проектов, назначают дежурных преподавателей, в обязанности которых входят организация комиссий по приему проектов и соблюдение выполнения графика защит. Преподаватель-консультант имеет право присутствовать на защите и дать характеристику-отзыв о работе студента (бригады студентов) над проектом. На индивидуальный доклад отводят не более 10 минут.

Содержание доклада должно соответствовать содержанию пояснительной записки проекта. Время проведения защиты не ограничивается.

При защите проекта оценивают качество и содержание доклада, выполнение текстовой и графической частей проекта, глубину знаний в объеме курса и самостоятельную работу студента над проектом.

Защиту проекта, выполненного бригадой студентов, проводят единовременно с докладами каждого из членов бригады в порядке, соответствующем расположению отдельных разработанных ими установок в единой технологической схеме конкретного производства. При этом каждый член бригады обязан знать (и иметь описание в РПЗ) как полную технологическую схему всего производства, так и условия монтажа комплектующих эту схему установок (листы № 1, 4).

В случае неудовлетворительных ответов на вопросы при защите проекта или наличия грубых ошибок в текстовой или графической части студенту (бригаде) предоставляется время на исправление замеченных ошибок.

После защиты все материалы курсового проекта сдают в архив кафедры.

–  –  –

Вспомогательные аппараты:

Батарейные циклоны (Г : Т) Гидроциклоны (Ж : Т) Газожидкостные сепараторы (Г(П) : Ж) Отстойники непрерывного действия (Ж : Т, Ж : Ж) Пылевые центробежные сепараторы (Г : Т) Батарейные фильтры (Г : Т) Электрофильтры (Г : Т) Конденсаторы поверхностного типа Конденсаторы смешения Теплообменники различного типа (холодильники, подогреватели, испарители и т.

д.)

–  –  –

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ ИНЖЕНЕРНОЙ ЭКОЛОГИИ

Факультет ____________________

Кафедра ПАХТ

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

ТЕМА ПРОЕКТА. Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси бензол-толуол производительностью 18000 кг/ч.

–  –  –

Проект на ___ листах защищен и принят с оценкой______ Зачетная книжка №_________________________________

Раздел 7.

РАСЧЕТ ТАРЕЛЬЧАТОЙ

РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЫ

–  –  –

Процесс ректификации в тарельчатой колонне описывается системой нелинейных алгебраических уравнений, включающей в себя потарельчатые и покомпонентные уравнения материальных и тепловых балансов, равновесия и массопередачи. Решение такой системы уравнений при выполнении расчета ректификационной колонны возможно методом последовательных приближений и, вследствие большого объема вычислений, может быть получено только на ЭВМ.

Машинные методы расчета многокомпонентных и бинарных смесей являются основными, которые используют в настоящее время на практике.

Для бинарной смеси аналитический метод расчета при введении ряда допущений может быть существенно упрощен и трансформирован в графоаналитический, который значительно уступает в точности машинным, но имеет большое познавательное значение. Этот метод позволяет представить промежуточные результаты расчета на диаграммах и графиках, что помогает глубже понять закономерности процесса ректификации.

Целью настоящих методических указаний является ознакомление студентов с основами процесса ректификации и его аппаратурного оформления применительно к графоаналитическому методу кинетического расчета тарельчатого ректификационного аппарата для разделения бинарной смеси.

Общие положения

Ректификацией называется массообменный процесс разделения жидких однородных смесей на составляющие вещества или группы составляющих веществ, не находящихся в термодинамическом равновесии, путем противоточного взаимодействия пара и жидкости. При взаимодействии пара и жидкости одна группа веществ, составляющих смесь, переходит преимущественно в пар (легколетучие компоненты), а другая – в жидкость (высококипящие компоненты). Таким образом, в процессе ректификации происходит перенос вещества из одной фазы в другую.

Создание парового и жидкостного потоков, контактирующих между собой, осуществляется в ректификационных установках. Одна из возможных схем ректификационных установок непрерывного действия приведена на рис. 7.1.

Исходная смесь в виде жидкости при температуре кипения подается в среднюю часть (питающую секцию) ректификационной колонны 3 и стекает в нижнюю часть, называемую кубом откуда частично отводится в виде готового продукта, называемого кубовым остатком, и частично поступает в испаритель 1. Образовавшиеся в испарителе пары возвращаются в колонну и движутся навстречу жидкостному потоку вверх по колонне. Из верхней части колонны пары поступают в дефлегматор 2, где полностью конденсируются. Образовавшаяся жидкость частично, в виде готового продукта, называемого дистиллятом, отводится из установки, а частично возвращается в ректификационную колонну. Возвращаемая в колонну жидкость называется флегмой. Флегма подается на орошение колонны и стекает вниз, навстречу паровому потоку, в питающей секции смешивается с исходной смесью и сливается в куб колонны.

Место ввода исходной смеси в ректификационную колонну делит колонну на две части: верхнюю (укрепляющую) и нижнюю (исчерпывающую).

Исходную смесь можно подавать в колонну в виде жидкости при температуре кипения или ниже, а также в виде влажного, насыщенного или перегретого пара.

В зависимости от состояния исходной смеси и ее состава, составов получаемых продуктов, способа конденсации паров и числа вводов и выводов продуктов по высоте колонны схема ректификационной установки может существенно изменяться. Так, существуют ректификационные установки, в состав которых входят ректификационные колонны, не имеющие либо укрепляющей, либо исчерпывающей части колонны, позволяющие производить отбор нескольких продуктов по высоте колонны (сложные колонны), а также многоколонные ректификационные установки.

Рис. 7.1.

Схема ректификационной установки непрерывного действия:

1 – испаритель; 2 – дефлегматор; 3 – ректификационная колонна Обычно в состав ректификационных установок включают дополнительное оборудование, предназначенное для хранения исходной смеси, дистиллята и кубового остатка, перекачки этих продуктов, нагревания или охлаждения.

Ректификационная колонна представляет собой цилиндрический аппарат, внутри которого смонтированы контактные устройства той или иной конструкции. В зависимости от типа контактных устройств ректификационные колонны делят на пленочные, насадочные и тарельчатые.

Тарельчатые ректификационные колонны наиболее широко применяют в заводской практике. Они имеют высокую разделительную способность, устойчиво работают при значительных колебаниях нагрузок по жидкости и пару, допускают создание аппаратов большого диаметра.

Смеси, разделяемые ректификацией, состоят из нескольких веществ (многокомпонентные смеси), в простейшем случае из двух (бинарные смеси).

Анализ процесса ректификации и расчеты ректификационных колонн многокомпонентных и бинарных смесей базируются на общих физико-химических закономерностях, однако в простейшем случае (бинарные смеси) анализ и расчет существенно упрощаются и могут быть выполнены на основе наглядных графоаналитических методов.

Обычно при анализе и расчете процесса ректификации применяют следующие допущения:

1. Мольные потоки жидкости и пара на участке колонны между вводом и выводами продукта остаются неизменными;

2. Состав жидкости, стекающей в куб колонны, равен составу пара, поднимающегося из куба;

3. Состав пара, поступающего из колонны в дефлегматор, равен составу жидкости, стекающей из дефлегматора в колонну.

Целью проектного расчета ректификационной колонны для разделения бинарной смеси является определение диаметра колонны, числа контактных устройств в укрепляющей и исчерпывающей частях колонны, высоты колонны, гидравлического сопротивления тарелки и колонны в целом при заданных составах исходной смеси, дистиллята и кубового остатка, расходе исходной смеси и давлении в колонне [1, 2].

–  –  –

Связь между равновесными концентрациями жидкости и пара для правильных (идеальных) растворов устанавливается на основании законов Рауля и Дальтона.

Для бинарной смеси, состоящей из компонентов А и В, по закону Рауля:

P =P х – для компонента А; (7.1) А A

–  –  –

Уравнение рабочей линии для укрепляющей части колонны Выделим участок укрепляющей части колонны, ограниченный двумя произвольными сечениями I-I и I’-I’ (см.

рис. 7.1) и для этого участка составим материальный баланс.

С учетом допущения о постоянстве мольных потоков жидкости и пара по высоте укрепляющей части колонны, уравнение материального баланса по легколетучему компоненту для выделенного участка будет Gy + Lx' = Gy' + Lx, (7.10) где G – мольный расход пара по высоте колонны, (кмоль)/ч; L – мольный расход жидкости (флегмы) по высоте укрепляющей части колонны, (кмоль)/ч; у, у' – содержание легколетучего компонента в паре в сечениях I-I и I'-I' соответственно, в мольных долях; х, x' – содержание легколетучего компонента в жидкости в сечениях I-I и I'-I' соответственно, в мольных долях.

–  –  –

Уравнение рабочей линии для исчерпывающей части колонны Выделим участок исчерпывающей части колонны, ограниченной двумя произвольными сечениями II-II и II'-II' (см. рис. 7.1). Составим материальный баланс для этого участка.

С учетом допущения о постоянстве молярных потоков жидкости и пара по высоте исчерпывающей части колонны, уравнение материального баланса по легколетучему компоненту для выделенного участка можно записать Gy' + (L + Gf)x = Gy + (L + Gf)x', (7.15) где у, у' – содержание легколетучего компонента в паре в сечениях II-II и II'-II' соответственно, в мольных долях; х, х' – содержание легколетучего компонента в жидкости в сечениях II-II и II'-II' соответственно, в мольных долях.

При составлении уравнения (7.15) в качестве сечения II'-II' удобно выбирать нижнее сечение колонны, для которого в соответствии с исходными допущениями справедливо y' = yw = xw = x', (7.16) где yw – содержание легколетучего компонента в паре, поднимающемся из куба колонны, в мольных долях.

Если воспользоваться соотношениями (7.13), (7.16) и ввести обозначение Gf = F0, (7.17) Gp то получим R + F0 F 1 y= x 0 xw. (7.18) R +1 R +1 Уравнение (7.18) называется уравнением рабочей линии исчерпывающей части колонны. Это линейное уравнение связывает состав пара (у) и жидкости (х) в любом произвольном сечении исчерпывающей части колонны.

Отношение (7.17) имеет определенный физический смысл.

Оно показывает, какое количество исходной смеси (кмоль) должно быть подано в колонну для получения одного кмоля дистиллята.

Процесс ректификации обычно изображают в диаграмме у-х. Поскольку уравнения (7.14) и (7.18) являются уравнениями прямых линий, их положение при фиксированных составах дистиллята и кубового остатка зависит от флегмового числа.

Из графика (рис. 7.4) следует, что заданное разделение исходной смеси возможно при различных значениях флегмового числа, которое может изменяться от Rmax = (линия 1-3'"-2, совпадающая с диагональю) до Rmin (линия 1Так как при R=Rmin величины y f и xf должны удовлетворять уравнениям рабочих линий, то из уравнения (7.14) определяем x p y*f Rmin =, (7.19) y* x f f

–  –  –

Заданное разделение исходной смеси может быть достигнуто при различных значениях флегмового числа, больших Rmin (см. рис. 7.4).

Рис. 7.4. Положение рабочих линий на диаграмме х-у при различных значениях флегмового числа Естественно, что при проектировании ректификационной колонны должно быть выбрано определенное, оптимальное для заданных условий разделения, значение флегмового числа, которое находится из условий минимума приведенных затрат на процесс, являющихся функцией капитальных и эксплуатационных затрат. В данном разделе изложен частный случай оценки оптимального значения флегмового числа из условий минимума капитальных затрат. Если принять, что стоимость ректификационной колонны в первом приближении пропорциональна ее объему, то в основу критерия оптимальности можно положить необходимость получения минимального рабочего объема аппарата. Таким образом, за оптимальное флегмовое число должно быть принято такое значение, при котором рабочий объем аппарата будет минимальным. Объем колонны V = fк H к, (7.21) где fк – площадь поперечного сечения; Нк – рабочая высота колонны.

Рабочая высота колонны по модифицированному уравнению массопередачи Hк=hx mx, (7.22) где hx – высота колонны, эквивалентная единице переноса;

mx – число единиц переноса.

Число единиц переноса определяется по значениям рабочих и равновесных концентраций и, следовательно, меняется при изменении флегмового числа.

Площадь поперечного сечения колонны Vп fк =, (7.23) w где Vп – объемный расход паровой фазы через колонну; w – средняя скорость пара в свободном сечении колонны.

Объемный расход паровой фазы через колонну при прочих равных условиях пропорционален молярному расходу G и, следовательно, f к ~ G / w = G p ( R + 1) / w. (7.24) Если в уравнении (7.21) произвести подстановку значений Нк и fк, то получим G p hx ( R + 1) mx.

V~ (7.25) w При заданной производительности колонны и условий разделения величины Gp, hx, w остаются неизменными и можно сделать вывод, что V~(R+l)mx. (7.26) Тогда из соотношения (7.26) следует, что минимум рабочего объема аппарата совпадает с минимумом величины (R+l)mx.

Таким образом, задача отыскания оптимального значения флегмового числа сводится к задаче нахождения минимума функции mx ( R + 1) = f ( R ).

Минимум этой функции определяют в следующей последовательности:

1. Находят минимальное значение флегмового числа Rmin по уравнению (7.19).

2. Выбирают ряд значений флегмового числа, больших чем Rmin (7.5, 7.6).

–  –  –

5. Проведенные вычисления позволяют построить график mx(R + l) = f(R). Значение R, при котором эта функция имеет минимум, будет оптимальным значением флегмового числа Rопт (рис. 7.6).

Аналогичные расчеты можно провести с использованием концентрации легколетучего компонента в паровой фазе (y).

–  –  –

Построение кинетической кривой и определение числа реальных тарелок [1, 2, 5, 6, 7] Процесс ректификации относится к группе массообменных процессов, кинетические закономерности которых описывают уравнения массопередачи. В дифференциальной форме для элемента межфазной поверхности уравнение массопередачи имеет вид Gdy = Ky(y* – y)dF, (7.27) где Ку – коэффициент массопередачи, отнесенный к движущей силе, выраженной концентрациями паровой фазы;

F – поверхность межфазового контакта; у* – концентрация в паровой фазе, равновесная с концентрацией в жидкой фазе х.

Для интегрирования уравнения (7.27) необходимо знать характер поля концентраций в аппарате.

Многие тарельчатые аппараты по характеру поля концентраций могут быть отнесены к аппаратам промежуточного типа по жидкости и полного вытеснения по пару. В настоящей работе рассматривается случай полного перемешивания по жидкости и полного вытеснения по пару.

На рис. 7.7 приведена схема изменения концентраций на тарелке. Пар концентрации yн поступает на тарелку и взаимодействует с жидкостью, находящейся на ней. В процессе движения через слой жидкости пар постепенно изменяет свою концентрацию от ун до ук. Жидкость приходит на тарелку с концентрацией хн. На тарелке она полностью перемешивается и имеет постоянный состав, равный хк. С концентрацией xк жидкость сливается с тарелки.

Из уравнения (7.27), с учетом поля концентраций, существующего на тарелке, получим yк K dF KF y * yк F dy y* y 0 G = y = y, ; ln * y yн G yн

–  –  –

Совокупность всех точек с координатами ук, хк в пределах изменения концентраций от хw до xр дает линию, которая называется кинетической.

Кинетическую кривую строят в следующей последовательности:

1. На диаграмму у-х наносят равновесную и рабочую (при оптимальном флегмовом числе) линии.

2. В пределах хw – xр выбирают ряд значений х (обычно 7-8 значений).

3. Для каждого выбранного значения х по уравнению (7.29) вычисляют величину у* – yк. Необходимое для этого вычисления значение у* – yн определяют из диаграммы у-х (рис. 7.7), как разность между равновесной и рабочей концентрациями для каждого выбранного значения х.

4. Полученные отрезки откладывают от равновесной линии вниз.

Рис. 7.7. Отображение изменения концентраций на тарелке на диаграмме x-y

5. Полученные в результате проведенного построения точки соединяют плавной линией.

Получившаяся в результате проведенного построения линия является кинетической.

При известной кинетической линии число реальных тарелок, которое обеспечивает заданную степень разделения, определяют путем построения ступенчатой линии между рабочей и кинетической. Ступенчатую линию строят от концентрации xf к xр и от концентрации xf к хw Число ступеней в пределах концентрации xfxр равно числу реальных тарелок в укрепляющей секции колонны, а число ступеней в пределах концентраций xf xw равно числу реальных тарелок в исчерпывающей секции колонны (рис. 7.8).

При практическом использовании уравнения (7.29) необходимо располагать значениями комплекса в который входит KyF/G, (7.30) величина поверхности межфазового контакта.

Поскольку до настоящего времени не разработаны методы, позволяющие достаточно надежно определить истинную поверхность межфазового контакта, образующуюся на тарелке ректификационной колонны при контакте пара и жидкости, выражение (7.30) модифицируют на основе допущения о пропорциональности поверхности межфазового контакта рабочей площади тарелки F = afт, где а – коэффициент пропорциональности.

Если ввести обозначение Kya = Kyf, то получим K y F K yf f т =, (7.31) G G где fт – рабочая площадь тарелки, составляющая 85–90 % от площади поперечного сечения тарелки, м2; Kyf – коэффициент массопередачи, отнесенный к рабочей площади тарелки (кмоль)/м2 ч); G – мольный расход пара по высоте колонны, (кмоль)/ч.

Рис. 7.8. Изображение на диаграмме х-у линии равновесия (1), кинетической линии (2), рабочих линий (3, 4) и ступенчатой линии, определяющей число тарелок Коэффициент массопередачи Kyf определяют по закону аддитивности фазовых сопротивлений 1 1 m = +, (7.32) K yf yf xf где yf – коэффициент массоотдачи в паровой фазе, отнесенный к рабочей площади тарелки, (кмоль)/м2ч; xf – коэффициент массоотдачи в жидкой фазе, отнесенный к рабочей площади тарелки, (кмоль)/м2 ч; m – угловой коэффициент линии равновесия.

Угловой коэффициент зависит от концентрации, поэтому комплекс Kyffт/G не остается постоянным по высоте колонны и его необходимо вычислять для каждого выбранного значения х.

Рабочую площадь fт определяют по геометрическим размерам тарелки.

Расчетные уравнения для определения кинетических коэффициентов [1, 2, 4, 5, 6, 7] Коэффициенты массоотдачи yf и xf, необходимые для вычисления значений Kyf, рассчитывают по уравнениям, рекомендуемым в литературе для контактных устройств различного типа.

В качестве расчетных уравнений используют следующие:

а) Эмпирические уравнения в параметрической форме.

Например, для расчета yf для ситчатых и колпачковых тарелок

–  –  –

Здесь к – колпачковые тарелки, с – ситчатые.

Уравнения (7.34) и (7.35) при приближенных расчетах можно использовать и для других типов контактных устройств.

Входящие в уравнения физические константы пара и жидкости зависят от состава, и, следовательно, коэффициенты массоотдачи по высоте колонны будут переменными. Однако принимают, что коэффициенты массоотдачи yf и xf можно считать постоянными и при их вычислении используют расчетные значения физических констант при средней концентрации легколетучего компонента в колонне.

При повышенных требованиях к точности результатов расчета необходимо весь концентрационный интервал xwxр разбить на ряд участков и для каждого из них вычислить коэффициенты массоотдачи при средних для этого участка значениях физических констант.

Конструирование контактного устройства [1, 4, 5, 7, 9]

Тарелка ректификационной колонны представляет собой устройство, обеспечивающее контакт жидкости и пара. В современных ректификационных аппаратах используют тарелки различных конструкций, однако наибольшее распространение получили колпачковые (многоколпачковые) и ситчатые тарелки с организованным переливом жидкости. Конструкции их регламентированы в отраслевых и государственных стандартах.

Рассмотрим основные принципы конструирования таких тарелок.

Конструирование контактного устройства должно проводиться параллельно с кинетическим расчетом, так как расчет кинетических коэффициентов связан с конкретным типом контактного устройства.

Важнейшей конструктивной характеристикой ректификационной колонны является расстояние между тарелками, которое существенно влияет на производительность единицы объема аппарата. С уменьшением расстояния между тарелками увеличивается производительность единицы объема колонны. Поэтому всегда необходимо стремиться к возможно меньшему значению этой величины.

Как правило, расстояние между тарелками определяют не только из условий получения минимального объема колонны, но и из чисто технических соображений (установка люков, возможность работы со вспенивающимися жидкостями, технология изготовления колонны и возможность установки в ней тарелок).

Практические рекомендации по выбору расстояния между тарелками приведены в табл. 7.2.

Таблица 7.2 D, мм 800 800–1600 1600–2000 2000–2400 2400 мм H, мм 200–350 350–400 400–500 500–600 600 MM Как следует из таблицы, расстояние между тарелками выбирают в зависимости от диаметра колонны, который рассчитывают по уравнению 4Vп Dк =, (7.

36) w где Vп – объемный расход пара по колонне (м3/с), определяют по уравнению 98100 22,4 Gp ( R + 1)( 273 + t ) Vп =, (7.37) 3600 293 P где P – давление пара в колонне, Па; t – средняя температура пара в колонне, °С; w – скорость пара в свободном сечении колонны, м/с.

Рабочая скорость пара в ректификационных колоннах, работающих при атмосферном давлении, обычно находится в пределах w = (0,5–l,5) м/c. (7.38) Это условие используют для предварительного расчета диаметра колонны.

Колпачковая и ситчатая тарелки с переливными устройствами состоят из следующих основных элементов (рис. 7.9).

Рабочая зона (I) – часть тарелки, на которой осуществляется контакт пара и жидкости. У колпачковой тарелки на площади этой зоны располагают колпачки, у ситчатой тарелки – перфорированную пластину.

Приемный карман (II) – область тарелки, на которую поступает жидкость. Приемный карман отделен от рабочей зоны перегородкой IV, обеспечивающей гидрозатвор в переливном устройстве.

Сливной карман (III) – зона, в которую сливают жидкость с тарелки. Сливной карман снабжен переливной перегородкой V, обеспечивающей определенную высоту слоя жидкости на тарелке, сепарационной частью, где происходит отделение пара от жидкости, и переливными трубами (трубой), по которым жидкость сливают на следующую тарелку.

Тарелка, схема которой изображена на рис. 7.9, называется тарелкой с сегментным переливным устройством. У колпачковой и ситчатой тарелок конструкции приемного и сливного карманов одинаковы. Площадь, занимаемая приемным и переливным карманом, составляет 8–15 % от площади поперечного сечения колонны.

Рабочая зона ситчатой тарелки (рис. 7.10а) представляет собой перфорированную пластину. Отверстия диаметром do = l–6 мм (иногда до 10 мм) располагаются по вершинам равностороннего треугольника с шагом (2,5–5)do. Свободное сечение ситчатых тарелок выбирают в пределах 8–15 % от площади сечения колонны. Расстояние между отверстиями на рабочей зоне и перегородками (сливной и приемной) составляет не более 75 мм. Зазор между отверстиями и стенкой колонны (А) принимают конструктивно, исходя из условий крепления тарелки к обечайке.

Рис. 7.9. Схема тарелки с организованным сливом жидкости:

I – рабочая зона; II – приемный карман; III – сливной карман;

IV – приемная перегородка; V – переливная перегородка Рис. 7.10. Варианты устройств ввода паровой фазы на рабочей площади тарелки Основным элементом колпачковой тарелки является колпачок. Его устройство показано на рис. 7.11. Как и у ситчатой тарелки суммарную площадь прорезей всех колпачков, расположенных на тарелке, принимают равной 8– 15 % от площади поперечного сечения колонны. При конструировании колпачка площадь поперечного сечения патрубка принимают равной сумме площади прорезей колпачка, а площадь кольцевого зазора для прохода пара между патрубком и колпачком равной площади патрубка или несколько больше.

–  –  –

Широко распространенной формой прорези является прямоугольная, как наиболее удобная в изготовлении.

Ширину прорезей принимают равной 5–6 мм с шагом 9–10 мм. Высота прорези берется, в зависимости от размера колпачка, в пределах от 10 до 40 мм.

Расстояние между верхним обрезом парового патрубка и колпачка выбирают из условия примерного равенства площадей: сечения парового патрубка и площади для прохода пара между верхним обрезом парового патрубка и колпачком.

На рабочей площади тарелки колпачки необходимо устанавливать на расстоянии не менее 75 мм от сливной и приемной перегородок, а промежуток между колпачками в свету должен быть в пределах 40–60 мм. Расстояние от стенок колонны до колпачков должно быть не менее 40–60 мм.

В колоннах диаметром более 2500 мм применяют двухпоточные тарелки. Схема этой тарелки изображена на рис. 7.12.

Рис. 7.12. Схема двухпоточной по жидкой фазе тарелки Следует подчеркнуть, что выбранная из условия (7.38) скорость пара является приближенной. Предельно допустимая скорость пара в колонне зависит от конструктивных характеристик контактного устройства.

Для колпачковой тарелки предельную скорость пара определяют по уравнению 0,0158 x wпр = H, (7.39) y d к2 3 где dк – диаметр колпачка, м; Н – расстояние между тарелками, м;

x, y – плотности жидкости и пара соответственно, кг/м3.

Для ситчатой тарелки предельную скорость рассчитывают по уравнению x wпр = 0,05. (7.40) y В литературе встречаются и другие рекомендации по определению предельной скорости пара, которые также могут быть использованы при расчете ректификационных колонн.

Рабочую скорость пара в колонне принимают на 10–20 % ниже предельной (уравнения 7.39 и 7.40). Вычисленная таким образом рабочая скорость пара обеспечивает работу ситчатой и колпачковой тарелок в равномерном режиме без провала жидкости через отверстия при достаточно хорошей сепарации капель жидкости из парового потока.

Высоту переливного порога на ситчатых и колпачковых тарелках выбирают с таким расчетом, чтобы обеспечить определенный слой жидкости на них, барботируя через который, пар образует поверхность фазового контакта.

Высота слоя жидкости на тарелке должна быть такой, чтобы компенсировать неточность горизонтального положения ситчатой тарелки и горизонтальности верхнего обреза прорезей колпачков: отклонение от горизонтального уровня плоскости ситчатой тарелки и уровня верхнего обреза прорезей колпачка должно быть значительно меньше принимаемого уровня жидкости на тарелке.

С другой стороны, увеличение слоя жидкости вызывает повышение гидравлического сопротивления тарелки. В зависимости от диаметра аппарата высоту переливного порога для ситчатых тарелок принимают в пределах 20–50 мм. При пониженных давлениях высота сливной перегородки может быть уменьшена. Для колпачковых тарелок высоту сливного порога выбирают такой, чтобы обеспечить погружение прорезей. Максимальное погружение прорезей составляет 30 мм. Для вакуумных колпачковых колонн эта глубина уменьшается до 5 мм.

Кроме колпачковых и ситчатых тарелок, в промышленности используют просечные, клапанные и пластинчатые тарелки.

В качестве элементарного устройства ввода паровой фазы в просечных тарелках применяют просечки в виде арок (рис. 7.10б) или лепестков, отогнутых под углом 20–40°.

На рабочей площади тарелки в соседних рядах арочные или лепестковые просечки направлены в противоположные стороны; при значительных нагрузках по жидкой фазе направление просечек в соседних рядах совпадает.

В клапанных тарелках на рабочей площади вместо отверстий или колпачков расположен ряд клапанных устройств ввода пара (рис. 7.10в). В зависимости от расхода паровой фазы клапан смещается в вертикальном направлении.

Рабочая площадь пластинчатой тарелки состоит из ряда пластин (рис. 7.10г), расположенных под углом к горизонтальной поверхности. Паровая фаза проходит между пластинами и барботирует в жидкую фазу.

Ситчатые, колпачковые, просечные, клапанные и пластинчатые тарелки имеют различные значения предельнодопустимых скоростей паровой фазы, гидравлических сопротивлений, коэффициентов массоотдачи, допустимых нагрузок по жидкой фазе и других показателей. Выбор типа контактного устройства должен быть аргументирован технико-экономическими расчетами. Данные о контактных тарельчатых устройствах приведены в [10].

Определение гидравлического сопротивления тарелки [1, 4, 5, 6, 7, 9] Гидравлическое сопротивление ректификационного тарельчатого аппарата и, как его элемента, отдельной тарелки является важным показателем работы, определяющим минимальное расстояние между тарелками и работу переливного устройства. Гидравлическое сопротивление тарелки зависит от ее конструктивных особенностей и типа тарелки.

Независимо от типа тарелки общее гидравлическое сопротивление P можно рассчитывать как сумму трех составляющих P = Pсух + P + Pст, (7.41) где Pсух – сопротивление сухой тарелки, Па; P – сопротивление, вызванное силами поверхностного натяжения, Па; Pст – статическое сопротивление слоя жидкости на тарелке, Па.

Гидравлическое сопротивление сухой тарелки как колпачковой, так и ситчатой определяют по уравнению wo Pсух = y, (7.42) где wo – скорость пара в отверстиях ситчатой тарелки или скорость в прорезях колпачка, м/с; – коэффициент сопротивления (для тарелок ситчатых = 1,82; колпачковых = 5, 4–6).

Гидравлическое сопротивление, вызываемое силами поверхностного натяжения, находят по уравнению P =, (7.43) dэ где – поверхностное натяжение, Н/м; dэ – диаметр отверстия для ситчатой тарелки или эквивалентный диаметр прорези колпачка, определяемый по соотношению d э = 4 f пр / П, (7.44) где fпр – площадь прорези, м ; П – смоченный периметр прорези, м.

Статическое давление слоя жидкости на колпачковой тарелке Pст = hст п g, (7.45) где hст – высота барботажа на тарелке, м; п – плотность парожидкостного слоя на тарелке, кг/м3, принимают в пределах (0,4–0,6)х; x – плотность жидкости на тарелке, кг/м3.

Высота барботажа на колпачковой тарелке hст = hпогр + hоткр / 2 + h + / 2, (7.46) где hпогр – высота погружения прорезей, определяемая как разность отметок верхней кромки сливной перегородки и верхнего обреза прорезей в колпачке, м; hоткр – высота открытия прорезей, м (поскольку колпачковые тарелки работают с полным открытием прорезей, эта величина может быть принята равной высоте прорезей); h – величина превышения уровня жидкости над сливной перегородкой, м;

– градиент уровня жидкости на тарелке, м (эта величина для колонн среднего диаметра незначительна и ею в расчете можно пренебречь).

Величину превышения уровня жидкости над сливной перегородкой находят по уравнению L h = 0,00284 K, (7.47) b где L – расход жидкости, м3/ч; b – ширина сливной перегородки, м; К – безразмерный коэффициент, учитывающий увеличение скорости и сужение потока жидкости, К = 1.

Для ситчатой тарелки статическое давление слоя жидкости определяют из уравнения Pст = 1,3( K ' hпер + h3 K ' ) x g, (7.48) где K' – относительная плотность парожидкостного слоя на тарелке (принимают 0,4–0,6); h – величина превышения уровня жидкости на тарелке, м, находят по уравнению (7.47);

hпер – высота переливного порога, м; x – плотность жидкости на тарелке, кг/м3.

После конструирования контактного устройства необходимо проверить принятое межтарельчатое расстояние из условий нормальной работы переливного устройства.

Расстояние между тарелками должно удовлетворять следующему соотношению H hз + hд + hк, (7.49) где hз – высота, обеспечивающая гидравлический затвор, препятствующий проходу пара через переливное устройство тарелки, м; hд – динамический напор, создающий переток жидкости с тарелки на тарелку, м; hк – конструктивная высота, м (см. рис. 7.13).

В практике для проверки принятого расстояния между тарелками используют упрощенное соотношение Pт H min 2, (7.50) x g где Pт – полное гидравлическое сопротивление тарелки, Па; x – плотность жидкости в переливном устройстве, кг/м3.

Полное сопротивление колонны определяют по формуле Pк = nPт, (7.51) где n – число тарелок в колонне.

Рис. 7.13. Схема расположения соседних ситчатых тарелок

–  –  –

1. Определение производительности колонны но дистилляту и кубовому остатку (разд. 4).

2. Определение мольных концентраций исходной смеси, дистиллята и кубового остатка (разд. 4).

3. Построение равновесной кривой и изобар температур кипения и конденсации (разд. 3).

4. Определение минимального флегмового числа (разд. 4).

5. Определение оптимального флегмового числа (разд. 5).

6. Определение потоков пара и жидкости по колонне (разд. 4, 8).

7. Определение ориентировочного диаметра колонны (разд. 8).

8. Определение основных конструктивных характеристик контактного устройства (разд. 8).

9. Расчет рабочей скорости пара (разд. 8).

10. Определение диаметра колонны (разд. 8).

11. Конструирование контактного устройства (разд. 8).

12. Гидравлический расчет контактного устройства (разд. 9).

13. Проверка принятого расстояния между тарелками (разд. 9).

14. Определение кинетических коэффициентов (разд. 7).

15. Построение кинетической кривой и определение числа тарелок (разд. 6).

16. Определение полного гидравлического сопротивления колонны (разд. 9).

17. Выполнение эскизов тарелки и колонны.

Пример расчета непрерывно действующей ректификационной тарельчатой колонны для разделения смеси метанол-вода

Задание:

Рассчитать непрерывно действующую ректификационную колонну с ситчатыми тарелками для разделения 5000 кг/ч смеси, содержащей 40 мас. % метанола и 60 мас. % воды.

Дистиллят должен содержать 98,5 мас. % метанола, а кубовый остаток – 1,5 мас.% метанола. Ректификацию проводят под атмосферным давлением. Исходную смесь и флегму вводят в аппарат при температуре кипения.

Расчет:

1. Определение производительности по дистилляту и кубовому остатку По уравнениям (7.5), (7.6) при аf = 0,400 мас.д., ар = 0,985 мас.д. и аw = 0,015 мас.д. и Gf = 5000 кг/ч получены значения Gp = 1985 кг/ч, Gw = 3015 кг/ч.

2. Определение мольных концентраций исходной смеси, дистиллята и кубового остатка По уравнению (7.9) при значениях молекулярной массы метанола MA = 32 и воды MВ = 18 и концентрациям аf = 0,400 мас.д., ар = 0,985 мас.д. и аw = 0,015 мас.д. определены следующие мольные концентрации легколетучего компонента смеси хf = 0,273 мол.д., xр = 0,973 мол.д. и хw = 0,009 мол.д.

3. Построение равновесной кривой и изобары температур кипения и конденсации На основании опытных данных (табл. 7.3) в координатах у-х строим кривую равновесия для смеси метанол–вода при атмосферном давлении и кривые температур кипения и конденсации (см. рис. 7.14 и 7.15).

–  –  –

4. Определение минимального флегмового числа На диаграмме х-у (рис. 7.15) наносим точку 1 с координатами хw = yw = 0,973 и на кривой равновесия точку 3 с абсциссой xf = 0,273.

Из точки 2 (пересечение диагонали квадрата у-х с абсциссой xp = 0,973) проводим через точку 3 прямую до пересечения с осью ординат диаграммы. На оси ординат получаем отрезок, равный Bmax = 0,515.

Рис. 7.15. К определению оптимального флегмового числа

–  –  –

7, 8. Определение ориентировочного диаметра колонны и основных конструктивных характеристик контактного устройства Поскольку в дальнейшем расчете предельной скорости пара в колонне используется формула (7.40), в которую не входят конструктивные характеристики контактного устройства, то ориентировочный диаметр колонны и основные конструктивные размеры не определяют.

9. Расчет рабочей скорости пара По уравнению (7.40) для средней плотности жидкости в колонне х = 859 кг/м3 и средней плотности паровой фазы в колонне, рассчитанной как M ср 293P y =, 22,4 (273 + t ) 98100 где Мср – средняя молекулярная масса в колонне, равная 24,8;

t = 85°C – средняя температура пара в колонне, получены значения у = 0,906 кг/м3 и wпр = l,54 м/с.

Рабочую скорость пара в свободном сечении колонны принимаем на 15 % ниже предельной w = 0,85wnp= 1,31 м/с.

10. Определение диаметра колонны 4 1,15 Dк = = 1,05 м (принимаем Dк = 1,0 м).

3,14 1,31

11. Выбор решетки Контактное устройство – ситчатая тарелка (по заданию).

Согласно рекомендациям (разд. 8) выбираем диаметр отверстий do = 2 мм. Отверстия будем располагать по вершинам равностороннего треугольника с шагом 3,5do = 3,5 2 = 7 мм.

Свободное сечение отверстий ситчатой тарелки принимаем равным 10 % от свободного сечения аппарата.

12. Гидравлический расчет контактного устройства

–  –  –

где х = 0,82 мПас [6, 7, 8], для среднего состава смеси и средней температуры жидкости (75 °С) в колонне; vA = 37, vB = 14,8 – мольные объемы метанола и воды соответственно, МA = 32, МB = 18 – молекулярные массы метанола и воды соответственно.

Dж °С = 4,95 10 9 м2/с,

–  –  –

Значения разности (у* – у) для ряда значений х в пределах от хw до xр даны в табл. 7.7, Kyf – в табл. 7.8.

Мольный расход пара G = 141 (кмоль)/ч, рабочая площадь тарелки fт = 0,67 м2.

На диаграмме (см. рис. 7.18) откладываем отрезки у*-yк от равновесной линии вниз, полученные точки соединяем плавной линией 1'-3'-2'. Построенная кривая является кинетической кривой.

Число реальных тарелок, которое обеспечивает заданную четкость разделения, находим путем построения ступенчатой линии между рабочей и кинетической линиями. Построение ступенчатой линии проводим от концентрации xf до xр и от xf до хw. Число ступеней в пределах концентраций xf -xр равно числу реальных тарелок укрепляющей секции колонны, число ступеней в пределах концентраций xf – хw равно числу реальных тарелок исчерпывающей секции колонны.

В результате построения получаем:

– число реальных тарелок в укрепляющей секции колонны – 11;

– число реальных тарелок в исчерпывающей секции колонны – 11,

– общее число тарелок в колонне – п = 22.

16. Определение гидравлического сопротивления колонны Pк = Pт n = 442 22 = 9724 Па.

17. Выполнение эскизов тарелки и колонны Рис. 7.18. Построение кинетической кривой и определение числа реальных тарелок

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Плановский А.Н., Николаев П.И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. – М.: Химия, 1987.

2. Тютюнников А.Б., Товажнянский Л.Л., Готлинская А.П.

Основы расчета и конструирования массообменных колонн. –Киев: Выща шк. Головное изд-во, 1989.

3. Коган В.Б., Фридман В.М., Кафаров В.В. Равновесие между жидкостью и паром. Кн. 1–2 – М.: Наука, 1966.

4. Стабников В.Н. Расчет и конструирование контактных устройств ректификационных и абсорбционных аппаратов.

–Киев: Технiка, 1970.

5. Александров И.А. Ректификационные и абсорбционные аппараты. – М.: Химия, 1978.

6. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. – Л.: Химия, 1987.

7. Перри Дж. Справочник инженера химика. – М.: Химия, 1969.

8. Рид Р., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей. – М.:

Химия, 1982.

9. Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. – М.: Химия, 1991.

10. Рамм В.М. Абсорбция газов. – М.: Химия, 1976.



Похожие работы:

«А.П.Кузнецов, С.П.Кузнецов, Л.А.Мельников ФИЗИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ для научных работников младшего возраста Учебное пособие ИЗДАТЕЛЬСТВО САРАТОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА УДК 53(076.1+079.1) ББК 22.3я73 К89 Кузнецов А...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО Российский государственный гидрометеорологический университет (РГГМУ) "Допущена к защите" Кафедра экспериментальной Зав. кафедрой доктор физ.-мат.наук, физики атмосферы профессор А.Д.Кузнецо...»

«Пояснительная записка. Сдача экзамена по математике в форме ЕГЭ является одним из направлений модернизации школьного образования на современном этапе. Обновление структуры экзамена по математике для выпускников общеобразовательных учреждений предполагает изменения...»

«ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Данная рабочая программа по математике для 10 класса (базовый уровень) реализуется на основе : Примерной программы среднего (полного) общего образования по математике (базовый уровень), Программы по алгебре и началам математического анализа 10-11 классы. Авт...»

«ЗАПЛАНИРОВАННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ОБУЧЕНИЯ ПО ПРОГРАММЕ Код Результат обучения результата (выпускник должен быть готов) Профессиональные компетенции Р1 Демонстрировать глубокие естественнонаучные, математические и инженерные знания и детальное понимание научных принципов профессиональной деятельности Р2 Ставить и решать инновац...»

«УТВЕРЖДАЮ Проректор по учебной работе _ (Кокина Н.Р.) "_" 201 года СОГЛАСОВАНО Начальник УМУ _ (Гордина Н.Е.) "_" 201 года. Лист изменений и дополнений в рабочей программе _Органическая химия (название) Тех...»

«. Диссертационная работа выполнена в Одесском национальном университете им. И.И. Мечникова. Научный руководитель: доктор физико...»

«ШМАКОВ Александр Николаевич КОМПЛЕКСНАЯ ДИАГНОСТИКА СТРУКТУРЫ МАТЕРИАЛОВ РЕНТГЕНОДИФРАКЦИОННЫМИ МЕТОДАМИ НА СИНХРОТРОННОМ ИЗЛУЧЕНИИ 02.00.04 – физическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук Новосибирск – 2015 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетно...»

«СЕМЕНОВ ВИКТОР НИКОЛАЕВИЧ ПРОЦЕССЫ ФОРМИРОВАНИЯ ТОНКИХ СЛОЕВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СУЛЬФИДОВ ИЗ ТИОМОЧЕВИННЫХ КООРДИНАЦИОННЫХ СОЕДИНЕНИЙ Специальность 02.00.01 неорганическая химия Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора химических наук НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА Уральского Госуниверситета г.Екатеринбург Воронеж 2002 Работа выполнена в Во...»

«Негосударственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский новый университет" УТВЕРЖДАЮ Ректор _ В.А.Зернов _ 2012 г. ПРОГРАММА ВСТУПИТЕЛЬНОГО ИСПЫТАНИЯ ПО МАТЕМАТИКЕ (для абитуриентов, имеющих среднее (полное) обще...»

«Публикации о Н.Н. Семенове Семенов Н.Н. о нем Список ученых трудов Н.Н. Семенова Записки об ученых трудах действительных членов Академии наук СССР по Отделению математич.и естеств.наук, избр.в 1931-32 гг.Л.,1933.С.96-101. 2002-03-20 Семенов Н.Н. о нем Учены...»

«УДК 517.9 Ю. Б. Зелинский, Б. А. Клищук, М. В. Ткачук (Yu. B. Zelinskii, B. A. Klishchuk, M. V. Tkachuk), Iн-т математики НАН України, Київ. ТЕОРЕМЫ О ВКЛЮЧЕНИИ ДЛЯ МНОГОЗНАЧНЫХ ОТОБРАЖЕНИЙ (THEOREMS ABOUT INCLUDINGS FOR MULTIVALUED MAP...»

«ACCESS® Immunoassay System HIV combo A59428 2 x 50 Для проведения качественного определения антигена р24 ВИЧ и антител к ВИЧ-1/O/2 в человеческой сыворотке и плазме на иммунохимических системах Access. ACCESS® Immunoassay System HIV combo Calibrators A59429 Калибраторы Access HIV combo Cali...»

«РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ПО ХИМИИ СРЕДНЕГО ОБЩЕГО ОБРАЗОВАНИЯ (БАЗОВЫЙ УРОВЕНЬ) Пояснительная записка Рабочая программа составлена в соответствии с ФК ГОС 2004.На основе: 1) Примерной образовательной програ...»

«УДК 621.3.019.3 Н.В. СЕСПЕДЕС ГАРСИЯ* ДОСТОВЕРНОСТЬ РАБОТЫ КОМПЬЮТЕРНЫХ СИСТЕМ * Институт проблем математических машин и систем НАН Украины, Киев, Украина Анотація. У статті розглянуті...»

«Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" МАТЕМАТИКА (краткий курс основных разделов 1 – го семестра для студентов заочной формы обучения направлений: всех специ...»

«Титульный лист программы Форма дисциплины (SYLLABUS) Ф СО ПГУ 7.18.4/19 Министерство образования и науки Республики Казахстан Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова Кафедра химии и химических технологий ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ (SYLLABUS) Органическая химия для студентов дистанционной формы обучения специальности...»

«На правах ру укописи Фирстов Елена Георгиев ва вна ОПТИ ИЧЕСК КИЕ СВО ОЙСТВ ВОЛО ВА ОКОНН НЫХ СВВЕТОВО ОДОВ СС СЕРДЦЕ ЕВИНОЙ ИЗ СТ Й ТЕКЛООБРАЗН НЫХ Si 2 И GeO2, iO ЛЕГИИРОВАНННЫХ ВИСМУ В УТОМ 01.04.21 – Лазер рна...»

«Домашнее задание на внеочередные каникулы с 10.02.2015 г. по 16.02.2015 г. Класс Предмет Задание Чтение Учебник, страницы 32-37, читать. Математика Рабочая тетрадь №1 закончить до конца. Математика Рабочая тетрадь №2, страницы 1-10. Русский язык Рабочая тетрадь №2, страницы 1...»

«Математика. Название ЭОР. Пользователь. Дополнительный материал к учебнику "Математика Миронова С.В. 3 кл." М.И. Моро. Электронное приложение к учебнику М. И. Моро "Математика. 1 класс" /Б/...»

«Краевой конкурс творческих работ учащихся "Прикладные и фундаментальные вопросы математики" Математическое моделирование Математическое моделирование прыжков в фигурном катании Снигирева Влада Николаевна, Целищева Юлия Юрьевна, 11 кл., МБОУ "Лицей №1" г. Перми, Шабрыкина Наталья Сергеевна, доцент ПНИПУ, к.ф.-м. н. Пе...»

«УДК (620179.16:621.791.05) (083.7) Группа В09 ОСТ 26-2044 ШВЫ СТЫКОВЫХ И УГЛОВЫХ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ СОСУДОВ И АППАРАТОВ, РАБОТАЮЩИХ ПОД ДАВЛЕНИЕМ. Методика ультразвукового контроля u СОДЕРЖАНИ...»








 
2017 www.kniga.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн материалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.