Этанол–су бинарлы қоспасын бөлуге арналған ректификациялық колоннаны есептеу

Жоспар
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...3
1. Процесс сипаттамасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .4
2. Бастапқы қоспа және алынған өнімнің сипаттамасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..6
3. Аппараттың конструктивті материалын таңдау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..8
4. Негізгі аппаратты есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..9
5. Қосымша аппаратты есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...22
6. Негізгі және қосалқы аппараттарды таңдау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 26
Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..29
Пайдаланылған әдебиеттер
Кіріспе
Өнеркәсіптің химиялық, мұнай химиялық, фармацевтикалық, тағам және басқа да салаларында екі немесе одан да көп сұйық қоспаларын жеке құрамдарға бөлу қажеттігі жиі туындайды. Ерекше мысалға мұнай өнімдерінің әртүрлі ұшпалық қасиеттері бар жеке фракцияларға бөлінуі жатады.
Бөліну процесі мынаған негізделген: қоспалар құрайтын барлық сұйықтарда әртүрлі ұшпалық қасиет болады, басқаша айтқанда – бірдей қысымда әртүрлі қайнау температурасы болады. Сұйықтардың осындай қасиетінің салдары болып сұйық қоспа үстіндегі бу компоненттері мөлшерінің әртүрлі болуы табылады. Қоспа үстіндегі бу – көбірек ұшқыш компоненттердің жалпыланған булары. Егер осындай булар қоспасын сұйық фазадан бөліп алса және толық конденсацияласа, онда алынған конденсаттың құрамы будың құрамындай болады. Демек, алынған жаңа сұйық қоспа бастапқыға қарағанда жоғары дәрежеде байытылған өте ұшқыш компонент болады.
Мұндай бөлу үшін ректификациялық колонна деп аталатын аппараттарда iске асатын ректификацияпроцесі кең қолданылады.
Ректификация – бу қоспасы мен сұйық қоспасының әрекеттесуі нәтижесінде біртекті сұйық қоспаларының құрайтын заттарға немесе құрайтын заттар топтарына бөлінуі.
Бұл курстық жобада этанол - су бинарлы қосылысты ректификация процесі арқылы бөлу қарастырылады. Сонымен қатар үздіксіз әрекетті ректификациялық колонна есептеліп, жобаланады.
Курстық жұмыстың мақсаты – этил спиртін этанол-су қоспасынан бөліп алу, ректификациялық қондырғының оптималды режимін таңдау, материалдық ағынды есептеу болып табылады.
Қолданылған әдебиеттер тізімі:

1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Насков А.А. «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии» Изд. «Химия» 1987г.
2. Ю.И. Дытнерский «Основные процессы и аппараты химической технологии», Изд. «Химия» 1983г.
3. Г.С.Людмирская, Т.А.Барсукова, А.М.Богомольный «Равновесие – жидкость- пар» Изд «Химия», 1987г.
4. И.Л.Иоффе, «Проектирование процессов и аппаратов химической технологии», Химия, 1991г.
5. Н.Н.Лебедев «Химия и технология основого органического и нефтехимического синтеза», Химия, 1988г.
6. Интернет-деректер
        
        Жоспар
Кіріспе.......................................................................................................................3
1. Процесс сипаттамасы.........................................................................................4
2. Бастапқы қоспа және алынған өнімнің сипаттамасы......................................6
3. Аппараттың конструктивті материалын таңдау..............................................8
4. Негізгі ... ... ... аппаратты есептеу ...........................................................................22
6. Негізгі және қосалқы аппараттарды ... ... ... мұнай-химиялық, фармацевтикалық, тағам және басқа да салаларында екі немесе одан да көп сұйық қоспаларын жеке құрамдарға бөлу қажеттігі жиі ... ... ... мұнай өнімдерінің әртүрлі ұшпалық қасиеттері бар жеке фракцияларға бөлінуі жатады.
Бөліну процесі мынаған негізделген: қоспалар құрайтын барлық сұйықтарда ... ... ... ... ... ... - ... қысымда әртүрлі қайнау температурасы болады. ... ... ... ... болып сұйық қоспа үстіндегі бу компоненттері мөлшерінің ... ... ... ... үстіндегі бу - көбірек ұшқыш компоненттердің жалпыланған булары. Егер осындай булар қоспасын сұйық фазадан ... алса және ... ... онда ... ... ... будың құрамындай болады. Демек, алынған жаңа сұйық қоспа бастапқыға қарағанда жоғары дәрежеде байытылған өте ұшқыш компонент болады.
Мұндай бөлу үшін ... ... деп ... ... iске ... ... кең ...
Ректификация - бу қоспасы мен сұйық қоспасының әрекеттесуі нәтижесінде біртекті ... ... ... заттарға немесе құрайтын заттар топтарына бөлінуі.
Бұл курстық жобада этанол - су бинарлы ... ... ... ... бөлу ... ... ... үздіксіз әрекетті ректификациялық колонна есептеліп, жобаланады.
Курстық жұмыстың мақсаты - этил ... ... ... ... алу, ректификациялық қондырғының оптималды режимін таңдау, материалдық ағынды есептеу болып табылады.
* ПРОЦЕСС ... ... - ... ... ... яғни ... ... сұйық қоспалардың бөлінуімен сипатталатын диффузиялық процесс болып табылады. Ректификация сұйықтардың біртіндеп ... мен ... ... көп ... ... түрінде болады. Аталған процесті бірнеше рет қатарынан сұйық және бу ... ... ... жүзеге асырылады. Егер бастапқы қоспа қайнау температуралары әр ... екі ... ... ... онда төмен температурада қайнайтын компонент буға айналады, ал жоғары температурада қайнайтын компонент сұйық күйінде қалады. Пайда болған бу ... ... ... ... деп аталады. Буланбай қалған сұйықтық қалдық деп аталады. Айдау нәтижесінде төмен ... ... ... ... ал ... ... ... компонент қалдыққа өтеді. Бұл процесті жай айдау деп атайды. Жай ... ... ... ... ... таза ... алу мүмкін емес.
Алғашқыда қарастырылған сұйық пен бу фазалары тепе - теңдік күйінде болмайды, бірақ та ... ... ... ... ... ... осы күйге келуге тырысады. Сонымен қатар әрбір фазада температура мен ... ... - ... ... ... ... ... да, олардың арасында компоненттері де өз ретімен орын ... ... ... Осы бу мен ... ... ... яғни тепе - теңдік күйге келген жүйесі - идеалды немесе ... ал бұл ... ... асыратын қондырғы - теоретикалық тәрелке деп аталады.
Сондай-ақ бұл процесс - көп ... ... ... де ... ... элементтері (насадка, тәрелке) бар коллонналы аппараттарда жүзеге ... ... ... ... ... бар ... ректификация өзіндік жақтарымен (коллонаның үстіңгі және астыңғы бөлігінде сұйық пен бу фазасындағы әртүрлі жүктіліктің арақатынастарымен, биіктігі бойынша анықталу коэффициентінің түрленуімен ... ... ... және жылу ... ... ) ... сұйық қоспаларды компоненттерге толық бөлу ректификация процесімен атқарылады.
Ректификация процесін ... көп ... ... өткізуге болады: I-сатыда бастапқы қоспа буланады; II-сатыға I-сатыда қалған ... ... ... ... ... ... ... беріледі және т.с.с.
Сұйық қоспаларын ықшамды ректификациялық колонналарда толық ажырату экономикалық тиімді.
Ректификация процесі мерзімді және ... ... ... әр ... ... (атмосфералық,вакуумда және атмосфералық қысымнан жоғары) өткізіледі.
Жоғары температурада қайнайтын қоспаларды вакуумда, ал қалыпты температурада газ күйінде болатын қоспаларды ... ... ... ... 2 түрі бар: ... ... және ... ректификация.
Қайнау температуралары бір-біріне жақын компоненттерден құралған қоспаларды бөлу - экстрактивті ректификация деп аталады. Ал, ... ... ... ... ... қосу арқылы бөлу - азеотропты ректификация деп аталады.
Ректификациялық қондырғыларда негізінен 3 түрлі аппараттар қолданылады: ... ... және ... ... және бу мен ... ... үлкен аралықта өзгертетін қондырғылар.
Насадкалы-аппараттағы қысымдар айырмасы аз болғанда және үлкен мөлшерде сұйықтың ұсталып қалуы қажет ... ... ... термиялық беріктігі аз қоспаларды вакуумда ректификациялау үшін қолданылады.
2. Бастапқы қоспа мен алынған өнім ... ... ... - ... тән иісі бар ... ... Қайнау температурасы - 78,3°С. Сумен барлық мөлшерде араласады. Егер спирттің құрамында 4-4,5% су ... оны ... ал ... ... ... ... деп ... Сусыз спиртті су тартқыш заттар (СаО, СuSO4) қосып қайнатып алады. Соның бірі - глюкозадан (жүзім ... ... ... мына жалпы реакция бойынша алады:
С6Н12О6 --> ... + ... ... ... ... таза ... тамақ өнеркәсібінде және медицинада пайдаланылады. Целлюлозаны гидролиздеп алынған спиртті гидролиз спирті деп атайды: ... + nH2O --> ... әдіс өте ... ... ... өнімдері, картоп, бидай пайдаланбайды. Бірақ гидролиз спиртінде басқа қосымша өнімдер болады, соның бірі - ... ... ... ... ... ... қолданылады, тамақ өнімдері үшін пайдалануға болмайды. Синтездік жолмен этил спиртін ... ... ... Этанол дәрі-дәрмек жасауда, зарарсыздандырғыш зат ретінде медицинада ... Этил ... ... өнеркәсібінде сірке қышқылын, бояу, синтездік каучук, диэтил эфирін және т.б.заттар алуда қолданылады. Ең арзан еріткіштердің ... ... адам ... ... әсер етеді. Спирт миға әсер етіп, жүйке клеткаларын уландырады. Осыдан адамның ақыл-ойы, сөйлеу, ойлау қабілеттері, қимыл үйлесімділігі бұзылады. ... - ... ... ... сұйықтық. Массалық құрамы: Н -- 11,19%, О -- 88,81%. ... ... 18,0153. Су ... ең көп ... ... ... Су - ... инертті биологиялық еріткіш сұйықтық, онда көптеген органикалық және бейорганикалық заттар ериді, бірақ ... ... әр ... ... ең көп ... зат: ол жер шарының (3/4) бөлігін алады. Бу түріндегі су атмосферада көп. Таза су - ... және ... ... ... ... температурасы 1000С, ал қату температурасы 00С. +40С кезіндегі ... ... ... бұл оның ең ... ... Мұз судан жеңіл. Су - тұрақты зат. Оның сутекке және оттекке ыдырауы 10000С-тан жоғары температурада жүреді. Су ... ... ... ... ... тазалығының өлшемі оның қасиеттерінің тұрақтылығы мен электрөткізгіштігі болып саналады. Тек 35-40 рет вакуумда қайталап, айдағаннан кейін ғана судың қасиеттері өзгермейді. Су өте көп ... ... ... жоқ. Суды ... ... ... ретінде пайдаланады, органикалық синтезге қатысады, қатты отынды газдандыру үшін қолданылады. Су негізгі химиялық өнеркәсіптің (азот және күкірт қышқылдарының ... және т.б.) ... ... ...
* . ... ... материалын таңдау
Химиялық технологияда машиналарды дайындауда қара металл және қорытпалары (болат, шойын) негізгі конструктивті материал ... ... және су ... ... ... ... саналмайды. Олардың колоннадағы жұмыс температурасы 100С-тан аспайды, сондықтан аппараттың ... ... ... ... ... болатты таңдаймыз, Ст 3 ГОСТ 380-94. Бұл 10-нан 200С-қа дейін температурада агрессивті емес ортада ... ... ... ... ... дайындау үшін қолданылады.
4. Негізгі аппаратты есептеу
Этанол - су бинарлы қоспасын бөлуге арналған ... ... ...
* ... ... үшін өнімділігі F = 6 кг/с.
* Жеңіл қайнайтын компоненттің құрамы ( % есебімен ) бастапқы қоспада xf = 34%; ... xp = 93%; ... ... xw = 3,2% .
* Суытатын судың бастапқы температурасы tб= ... ... ... ... ... ... ... су буымен р = 0,25 МПа қыздырылады.
* Дефлегматордың су кеңістігіндегі қысым 0,1 ... ... ... типі - ... деп ... ... баланс
Колоннаның өнімділігін дистиллят Р және кубтық қалдық W бойынша материалдық баланс теңдеуінен табамыз:
F = xp + ... F - ... ... ... кг/с; xp - дистиллятта жеңіл қайнайтын компоненттің құрамы, кмоль/кмоль; xw - кубтық қалдықта ... ... ... ... ... = Р + W
6 ∙ 0,34 = Р ∙ 0,93 + W ∙ ... табамыз:
W = , (4.2)
мұндағы: F - бастапқы қоспа өнімділігі, кг/с; xp - дистиллятта жеңіл ... ... ... ... xw - кубтық қалдықта жеңіл қайнайтын компоненттің құрамы, кмоль/кмоль; р - қысым, МПа
W = = 3,94 ... = F - W ... Р - ... ... W - ... ... ... F - бастапқы қоспа өнімділігі, кг/с.
Р = 6 - 3,94 = 2,06 ... ... ... үшін бастапқы қоспа, дистиллят пен кубтық қалдық концентрациясын мольдік үлеспен анықтау керек:
XF = , (4.4)
мұндағы: XF - ... ... ... ... ... құрамы, кмоль/кмоль; Мсп және Мсу - этил спирті және судың молекулалық ... ...
XF = = ... 46, 18 - этил спирті мен судың молекулалық массасы, кг/кмоль.
xp = ,
мұндағы: xp - ... ... ... компоненттің құрамы, кмоль/кмоль; Мсп және Мсу - этил ... және ... ... ... кг/кмоль
xp = = 0,83.
xw = , (4.5)
мұндағы: xw - кубтық ... ... ... ... ... ... Мсп және Мсу - этил спирті және судың молекулалық массасы, кг/кмоль.
xw = = 0,013.
Анықтамадан алынған мәліметтер бойынша 0,1 МПа ... пен ... тепе - ... ... ... мен құрамы арқылы бинарлы қоспаның қайнау температурасының қисығы және х - у ... тепе - ... ... ... % ... % мол.
0,00
17,00
43,75
50,69
55,80
61,22
65,64
68,41
73,85
78,15
89,43
T, ºС
100,0
95,50
86,70
84,10
82,30
80,70
79,80
79,3
78,64
78,41
78,15
Диаграммадан (1) А нүктесін xw = уw = 0,013 және С ... xp = уp = 0,83 ... ... ал тепе - теңдік қисығында абцисса xF = 0,168 В′ салады. С нүктесінен В′ ... ... ... ... ... ... жүргізеді. Ордината осінде қима шығады, ол өзара Вmax = 0,435.
Яғни,
Вmax = xр/ (Rmin + 1) ... xp - ... ... ... ... құрамы, кмоль/кмоль.
Rmin = ; (4.7)
мұндағы: Rmin - ... ... ... у٭F - тепе - ... ... ... ... компоненттің концентрациясы; хF - бастапқы қоспада жеңіл қайнайтын компоненттің құрамы, кмоль/кмоль.
Rmin = = 0,91.
R = Rmin ... ... Rmin - ... ... ... R - жұмысшы флегма саны; β - флегманың шығыс коэффициенті.
Флегманың минималды санын Rmin келесідей формула арқылы анықтаймыз:
Rmin = = ... у٭F = 0,515 тең ... ... ... β = 1,7 деп қабылдаймыз.
Жұмысшы флегма саны
R = 1,7 ∙ 0,91 = 1,547
Жылулық баланс
Жылулық балансты ... үшін ... ... ... қалдықпен дистилляттың қайнау температурасын анықтаймыз.
Қайнау температурасын анықтау үшін абцисса осінде кубтық ... xw = 0,013, ... ... xF = 0,168 және ... хр = 0,83 ... ... ... нүктелерден тігінен сызықты жүргіземіз. Қайнау температуралары қиылысу нүктелеріне сәйкес келеді. Бұл жағдайда кубтық қалдық үшін қайнау температурасы tw = 990C , ... ... үшін tF = 870C , ... үшін tp = 780C. ... ... ... және ... қалдықтың жылу сыйымдылықтары (этил спирті және су қоспасын беретін) ... ... ... ...
Ср = 3226,3 ∙ хр + 4190 ∙ хw; (4.9)
мұндағы: Ср - ... жылу ... Дж / (кг∙ К); 3226,3 - 780С - ғы этил ... жылу ... ... К); xp - ... ... қайнайтын компоненттің құрамы, кмоль/кмоль; xw - кубтық қалдықта жеңіл қайнайтын компоненттің құрамы, кмоль/кмоль.
Ср = 3226,3 ∙ 0,93 + 4190 ∙ 0,07 = 3293,76 Дж/ (кг ∙ К ... = 3394 ∙ хw + 4190 ∙ хр ... Сw - ... ... жылу ... Дж / (кг∙ К); 3394 - 870С - ғы этил ... жылу сыйымдылығы, Дж / (кг∙ К); xw - кубтық қалдықта жеңіл қайнайтын компоненттің құрамы, кмоль/кмоль; xp - ... ... ... ... ... кмоль/кмоль; 4190 - судың тұрақты жылу сыйымдылығы, Дж / (кг∙ К).
СF = 3394 ∙ 0,032 + 4190 ∙ 0,968 = 4164,53 Дж/ ... = 3477,7 ∙ хр + 4190 ∙ хF; ... СF - ... ... жылу ... Дж / (кг∙ К); 3477,7 - 990С - ғы этил ... жылу сыйымдылығы, Дж / (кг∙ К); хF - бастапқы қоспада жеңіл қайнайтын компоненттің құрамы, кмоль/кмоль; xp - ... ... ... ... ... ... 4190 - судың тұрақты жылу сыйымдылығы, Дж / (кг∙ ... = 3477,7 ∙ 0,34 + 4190 ∙ 0,65 = 3947,82 Дж/ (кг ∙ ... = 780C ... ... буының қалыптасу жылуын анықталады:
rф = 845 ∙ 0,93 + 2307 (1- 0,93) = 947,34 ... = ... 103 ... r = 845 ... - этил ... t = 780C болғандағы будың меншікті жылуы; r = 2307 ... - су ... ... ... ... шығатын бу энтальпиясы келесі формуламен анықталады:
Ібу =rф+ ср ∙ 78;
мұндағы: rф - t = 780 C-ғы ... ... ... ... ... ср - ... жылу ... Дж / (кг∙ К)
Ібу = 947,34 ∙ 103 + 3293,76 ∙ 78 = ... ... ... ... жылуды 3 % тең деп қабылданды.
Жылулық жоғалтуларды ескере отырып, колоннаның кубтық бөлігінде жылу шығысын келесі формула бойынша анықталады:
Q = 3,94 ∙ ( 4164,53 ∙ 99 - 3947,82 ∙ 87) + 2,06 ∙ 1,547 ∙ 947,34 ∙ 103 +
+ 2,06 ... - 3947,82 ∙ 87) + 0,03; ... Q - жылу ... Вт; Q = ... ... ... ысытатын будың шығысы :
Gr п = ; (4.13)
мұндағы: Q - жылу ... Вт; Gг. п - бу ... ... п = = 2,36 кг/с ... су температурасының 200С көтерілуін қабылдай отырып, дефлегматордағы су шығысын анықтаймыз:
G′ = р ∙ (1 + ) ∙ rф / (4190 ∙ 20) ... G′ - ... су ... кг/с; р - ... ... xw - ... қалдықта жеңіл қайнайтын компоненттің құрамы, rф - t = 780 C-ғы ... ... ... ... Дж / ... ... 4190 - ... тұрақты жылу сыйымдылығы, Дж / (кг∙ К).
G′ = 2,06∙ (1 + 1,547 ) ∙ 947,34∙ 103 / (4190 ∙ 20 ) = 59,3 ... ... ... = р ∙ ср (78 - 30) / (4190 ∙ 20); ... G′′ - ... ... су ... кг/с; р - дистиллят құрамы, кмоль/кмоль; ср - дистиллятта қайнайтын компонент құрамы, кмоль/кмоль; 4190 - ... ... жылу ... Дж / (кг∙ ... = 3,94 ∙ 3293,76 (78 - 30)/ (4190 ∙ 20) = 7,4 ... қалдықтың тоңазытқышында :
G′′′ = р ∙ сw ( 99 - 30) / (4190 ∙ 20) ... ... - ... қалдықтың тоңазытқыштағы су шығысы, кг/с; р - дистиллят құрамы, кмоль/кмоль; сw - ... ... ... ... компоненттің құрамы, кмоль/кмоль; 4190 - ... ... жылу ... Дж / (кг∙ ... = 3,94 ∙ 4164,53 (99 - 30) / (4190 ∙ 20) = 13,5 ... ... ... мынаған тең болады:
Gсу = G′ + G′′ + G′′′ ... Gсу - ... ... шығыны, кг/с; G′ - дефлегматордағы бу шығысы, кг/с; G′′ - дистилляттағы тоңазытқыштың су шығысы, кг/с; G′′′ - кубтық қалдықтың тоңазытқыштағы су ... ... = 59,3 + 7,4 + 13,5 = 80,2 кг/с. ... ... ... ... бу мен ... көлемін анықтау.
Ең алдымен бу мен сұйықтың мольдік массаларын, колоннадағы сұйық пен ... ... ... және ... ... ...
Колоннаның жоғарғы бөлігіндегі сұйықтың орташа мольдік құрамы:
хж.орт.м = ( хр + хF) / 2; ... xp - ... ... ... ... құрамы, кмоль/кмоль; хF - бастапқы қоспада жеңіл қайнайтын компоненттің ... ... = (0,83 + 0,168)/2 = ... ... ... = ( хF + xw) / 2; (4.19 ... хF - ... қоспаның құрамы, кмоль/кмоль; xw - кубтық қалдықтың құрамы, кмоль/кмоль.
хтөм.орт.м = ( 0,168 + 0,013)/2 = ... ... ... ... орташа массалық құрамы:
ж.орт.су = ( хр + хF) / 2; (4.20)
мұндағы: хF - бастапқы ... ... ... ... ... кмоль/кмоль; xp - дистиллятта жеңіл қайнайтын компоненттің құрамы, кмоль/кмоль.
ж.орт.су = (0,93 + 0,34)/2 = 0,635.
Колоннаның ... ... ... = ( хF + xw) / 2; ... xw - ... ... жеңіл қайнайтын компоненттің құрамы, кмоль/кмоль; хF - бастапқы қоспада жеңіл қайнайтын компоненттің құрамы, кмоль/кмоль.
төм.орт.су = ( 0,34 + 0,032) /2 = ... ... ... сұйықтың орташа мольдік массасы:
Мсу = Мсп ∙ хж.орт.м + Мсу ∙ 0,377 (4.22)
мұндағы: хж.орт.м - ... ... ... құрамы; Мсп және Мсу - этил спирті және ... ... ... кг / ... = 46 ∙ 0,499 + 18 ∙ 0,501 = 32 ... ... бөлігінде:
Мт = Мсп ∙ 0,09 + Мсу ∙ 0,91; (4.23)
мұндағы: Мсп - этил ... ... ... кг / ... Мсу - ... ... ... кг / кмоль.
Мт = 46 ∙ 0,09 + 18 ∙ 0,91 = 20,52 кг/кмоль
Дистилляттың ... ... ... = Мсп ∙ хр + Мсу (1 - хр); ... Мсп және Мсу - этил ... және ... ... масасы, кг/кмоль; xp - дистиллят құрамы, кмоль/кмоль.
Мр = 46 ∙ 0,83 + 18 ∙ (1 - 0,83) = 41,24 ... ... ... массасы:
МF = Мсп ∙ хF + Мсу ( 1- хF); ... хF - ... ... ... ... Мсп және Мсу - этил ... және судың молекулалық масасы, кг/кмоль.
МF =46 ∙ 0,168 + 18 ∙ (1 - 0,168) = 22,704 ... ... ... массасы:
Mw = Мсп ∙ хw + Мсу ( 1- хw); (4.26)
мұндағы: хw - кубтық қалдық ... ... Мсп және Мсу - этил ... және ... ... ... кг / кмоль.
Mw =46 ∙ 0,032 + 18 ∙ (1 - 0,032) = 18,9 ... ... ... ... ... ... ...
уүст.бу.орт = (хр + 0,553) / 2; ... xp - ... ... ... = ( 0,83 + 0,553) /2 = ... ... бөлігінде:.
утөм.бу = ( 0,553 + хw) / 2; (4.28)
мұндағы: хw - ... ... ... ... = ( 0,553 + 0,013) /2 = 0,283.
Колоннаның үстіңгі бөлігіндегі будың орташа мольдік масасы:
Мүст. = Мсп ∙ ... + Мсу ( 1- ... ... Мсп және Мсу - этил ... және ... ... ... кг/кмоль; уүст.бу - колоннаның үстіңгі бөлігіндегі будың орташа мольдік құрамы.
Мүст. =46 ∙ 0,69 + 18 ( 1- 0,69) = ... ... ... = Мсп ∙ утөм.бу + Мсу ( 1- утөм.бу); (4.30)
мұндағы: Мсп және Мсу - этил ... және ... ... ... кг/ ... ... - ... төмеңгі бөлігіштегі будың орташа мольдік құрамы.
Мтөм = 46 ∙ 0,283 + 18 ( 1- 0,283) = ... ... ... ... орташа тығыздығы:
ρүст = 733 ж.орт.м + 968( 1 - хж.орт.м ) ... ... - ... ... ... ... ... массалық құрамы; 733 және 968 - этил ... мен ... tср = ( 78 + 87)/ 2 = 82,50С ... ... ... = 733 ∙ 0,635 + 968 ( 1- 0,635 ) = 818,775 кг/м3
Колоннаның төменгі бөлігіндегі сұйықтың ... ... = 731 ∙ ... + 965 ( 1 - ... ) ... ... - колоннаның төменгі бөлігіндегі сұйықтың орташа массалық құрамы; 731 және 965 - этил ... мен ... tср = (99 + 87)/2 = 930С ... ... тығыздығы:
ρтөм = 731 ∙ 0,186 + 965 ( 1 - 0,186) = 921,47 ... ... ... будың орташа тығыздығы
ρорт.үст = ; (4.33)
мұндағы: Мүст - колоннаның үстіңгі бөлігіндегі будың ... ... ... 82,50С - этил ... мен судың тығыздығы 731 болған кезіндегі температурасы, 0С.
ρорт.үст = = 1,28 ... ... ... = ; (4.34)
мұндағы: Мтөм - колоннаның төмеңгі бөлігіндегі будың орташа мольдік массасы; 930С - этил ... мен ... ... 965 ... кезіндегітемпературасы, 0С.
ρорт.төм = = 0,86 кг/м3
Колоннаның үстіңгі бөлігіндегі ... ... ... ... = р ∙ xw; ... р - ... құрамы, кмоль/кмоль; xw - кубтық ... ... ... ... ... ... Мр - ... мольдік массасы.
Lүст = 2,06 ∙ 3,3 ∙ = 4,75 кг/с
Колоннаның төменгі бөлігінде:
Lтөм = 0,552 ∙ xw+ 1,39 ∙ ... xw - ... ... ... ... ... құрамы, кмоль/кмоль; Мр - дистилляттың мольдік массасы; МF - ... ... ... ... = 0,552 ∙ 3,2 ∙= 2,04 ... ... бөлігіндегі будың массалық ағыны:
Gүст = р ∙ ( xw + 1) Мүст / Мр; ... xw - ... ... ... ... компоненттің құрамы, кмоль/кмоль; Мр - дистилляттың мольдік массасы; Мүст - ... ... ... будың орташа мольдік массасы; Мр - ... ... ... = 2,06 ∙ ( 3,2 + 1) ∙ = 7,83 кг/с;
Колоннаның төменгі ... ... ... ... = р ∙ ( xw + 1) Мтөм / Мр; ... Мтөм - колоннаның төмеңгі бөлігіндегі будың орташа мольдік массасы.
Gтөм = 2,06 ∙ ( 3,2 + 1) ∙ = 4,76 кг/с. ... ... мен ... ... ... үстіңгі және төмеңгі бөлігі үшін будың шектеулі жылдамдығы мынаған тең:
wүст.шек = 0,05 ; (4.38)
мұндағы: ρорт.үст - ... ... ... ... ... = 0,05 ∙ = 1,25 ... = 0,05 ∙ ... ρорт.том - колоннаның төменгі бөлігіндегі орташа тығыздығы.
wтөм.шек = 0,05 ∙ = 1,64 м/с
Колоннадағы бу жылдамдықтарын келесідей формула ... ... = 0,85 ∙ wp; ... wр - ... үстіңгі және төменгі бөлігіндегі булардың жұмысшы жылдамдығы.
Колоннаның үстіңгі және ... ... ... ...
wp. у = 0.85 ∙ 1,26 = ... = 0.85 ∙1,64 = 1,4 м/с.
Колоннаның үстіңгі және ... ... ...
D = ... wpв - ... ... және ... бөлігіндегі булардың жұмысшы жылдамдығы; ρорт - колоннаның үстіңгі және төменгі бөлігіндегі орташа тығыздығы.
Dүст = = 2,66 ... = = 2,24 ... ... = (Dүст + ... (4.42)
Рорт = (2,66 + 2,24) / 2 = 2,45 м.
Үстіңгі және төменгі бөлігінің диаметрі 2600 мм тең ... ... ... ... ... ... wорт = ( 1,1 + 1,4) / 2 = 1,25 м/с. ... нақты жұмысшы жылдамдығы мынаған тең болады:
wж = wорт (Dср/ wрв) ... Dср - ... ... wорт - ... ... ... wpв - колоннаның үстіңгі және төмеңгі бөлігіндегі булардың жұмысшы жылдамдығы.
wж = 1,25 ∙ (2,45 / 1,1)2 = 6,05 ... 26 - 805 - 73 ... ... 2600 мм болатын колонна үшін торлы бірағынды ... ... ... өлшемдерімен таңдалды. Тарелкадагы бос қима - 5,30 м2; ... ... ... - 3,27 м2; ... ... - 2,25 м; ... қимасы - 1,015 м; тарелканың бос қимасы - 19,2 %.
Тарелканың ... ... бу ...
wr = wж ∙ ; (4.44)
Мұндағы: wж - будың орташа жылдамдығы; D - диаметр.
wr = = 9,8 ... ... ... ... ... ... үшін тарелкалар санын есептеу қажет. Теориялық тәрелкелер санын х - у ... ... үшін ... ... ... сызықтары салынады. Ордината осінде ОД қимасы салынады, оның ұзындығы келесі формула бойынша анықталады:
= в = хр / (....+ 1)
= в = 0,83 / (1,547 + 1) = ... ... ... ... xw = 0,013, ... ... xF = 0,168 және ... хр = 0,83 құрамы енгізілді. xw және хр нүктелерінен диоганальға (А және С нүктелері ) мен ... ... ... ... ... хр ... DC тік сызығымен қиылысқанға дейін тігінен сызық жүргізіледі. (В нүктесі) А және В ... ... ... - ... ... ... жұмысшы концентрациялар сызығы; - колоннаның үстіңгі бөлігіндегі жұмысшы концентрациялар сызығы. Теориялық тәрелкелердің санын тепе - ... ... және ... ... сызығының аралығында хр - ден xw - ға дейін баспалдақты ... құру ... ... А ... В ... ... құрылған баспалдақтар колоннаның төмеңгі бөлігіндегі теориялық тәрелкелердің санына, ал В ... С ... ... - ... ... ... ... тәрелкелер санына сәйкес келеді.
Тарелканың ПӘК - і салыстырмалы ұшқыштық айдалатын қоспаның тұтқырлығына байланысты болады. Салыстырмалы ... L және ... ... коэффициенті болып табылады.
Колоннаның төменгі бөлігіндегі қоспа:
tw = 990C, = 0,326 ∙ 10-3 Па ∙ с; = 1400 мм сын. ... 0,284 ∙ 10-3 Па ∙ с; = 733,2 мм ... = 1400 / 733,2 = ... 0,013 lg 0,326 ∙ 10-3 + (1 - 0,013) lg 0,284 ∙ 10-3 = 2,545; ... 0,285 ∙ 10-3 Па ∙ с
α μсм= 1,91 ∙ 0,285 ∙ 10-3 = 0,54 ∙ ... η1 = ... ...
tF = 870C ; μ = 0,379 ∙ 10-3 Па ∙ с; = 900 мм сын. ... 0,319 ∙ 10-3 Па ∙ с; = 468,7 мм ... = 900 / 468,7 = ... 0,168 lg 0,379 ∙ 10-3 + (1 - 0,168) lg 0,319 ∙ 10-3 = 3,4 ... 0,328 ∙ ... μсм= 1,92 ∙ 0,328 ∙ 10-3 = 0,63 ∙ 10-3 ... η2 = ... үстіңгі бөлігіндегі қоспа:
t = 780C; = 0,436 ∙ 10-3 Па ∙ с; = 650 ... ... 0,358 ∙ 10-3 Па ∙ с; = 327,3 мм ... = 650 / 327,3 = 1,99
lgμсм= 0,83 lg 0,436 ∙ 10-3 + (1 - 0,83) lg 0,358 ∙ 10-3 = ... = 0,422 ∙ 10-3 Па ∙ ... = 1,99 ∙ 0,422 ∙ 10-3 = 0,84∙ ... η3 = ... тәрелкенің орташа ПӘК - і:
ηr= (η1 + η2 + η3) / 3; ... ( 0,31 + 0,3 + 0,84) / 3 = 0,48 ... ... саныNД= 21/0,5 = 42 тарелка саны қабылданды.
Диаметрі 2600 мм болатын колонналы ... үшін ... ... 500 мм - ге тең деп ... ... ... ... қақпағына дейінгі h1 = 3000 мм, колонна биіктігі анықталады:
Нк = ( n -1) ∙ h1+ h2+ h3; ... n - ... ... ... = (42 - 1) ∙ 0,5 + 2,5 + 3,0 = ... Қосымша аппаратты есептеу
Бастапқы концентрациясы 34% болатын этил спиртінің 78℃-тан 40℃-қа дейін ... ... ... ... ... ... ... стандартты түрін таңдап, есептеу. Ерітінді шығымы - 5 кг/с. Орташа температурада t1= 0,5 (78+40) = 59℃, ... ... ... сипатқа ие: ρ1=756кгм3; с1=3038Джкг·К;λ1 = 0,149 Вт/м·К; μ2=0,6·10-3Па·с.
Су орташа температурада t2 = 0,5 (24+44) = 34℃, келесідей физико-химиялық сипатқа ие: ... = 0,53 ... = ... ... ... ... ... жүктемесі мына формуламен анықталады:
Q= G1c1t1б-t1с ... ... ... кг/с; c2-ерітінді жылусыйымдылығы, Дж/кг·К; t1б, t1с- ерітіндінің бастапқы және соңғы температурасы,℃;
Q= ... ... Су ... жылулық баланс теңдеуі бойынша анықталады:
G=Qr ... r- ... бу ... ... ...
G=577220419044-24=6,9 кг/с
* Жылуалмастырғыштың қарама-қарсы ағынды орташа температуралық қарқынын анықтау:
78 24
∆tб=34℃∆tc=16℃
∆tб∆tc=3416=2,1>2 болғандықтан, орташа температуралар ... ... ... ... Жылуалмастырғыштың құбырындағы сұйық қозғалысының режимін анықтау. Ерітіндіні қыздыру үшін этил ... ... ... ал ... суды ... ... береміз.
n1=4GPIdэквReμ ... ... ... кг/с; ... ... Па·с; dэкв-құбыр диаметрі, м; Re-Рейнольдс критерийі;
(5.4) формула бойынша, турбуленттік режимде құбыр кеңістігінің бір жүрісінде ... 25·2 мм ... ... ... саны ... екенін анықтаймыз. Шамамен Reшама=12000 деп қабылдаймыз. Сонда:
n1=50,785·0,6·10-3·0,021·12000=42
Бір жүрісті жылуалмастырғышты таңдаймыз: қаптама диаметрі - 325 мм, құбырлар саны - ... ... ... ... спиртінің қозғалысы - ламинарлы.
* Жылу беру коэффициентін мына ... ... ... ... жылу беру коэффицентіне тәуелділігін есептей отырып, құбыр ұзындығының оның диаметріне қатынасы;
Pr=0,6·10-3·30380,149=12,2
Сонда,
∝1=0,1490,021·0,021·83000,8·12,20,43=596,1 ... ... ... суға ... жылу беру ... ... ... кеңістіктегі су қозғалысының жылдамдығыны анықтаймыз:
ω=6,9994·0,7850,242-61·0,0252=0,5мс
Reкритерийін табу үшін dэ мәнін анықтаймыз:
d=0,242-61·0,02520,24+61·0,0252=0,032 м
Рейнольдс критерийі:
Re=0,5·0,032·9940,7371·10-3=21576 (5.6) ... ... мына ... ... ... С =1,72-бөгеттер болған жағдайда;
Nu=1,720,03·215760,612,20,33=318
мұндағы 12,2- орташа температурадағы су буының Прандтлі;
Қабырғадан салқындатқыш суға берілетін жылу беру коэффициенті мына ... ... ... ... жылу өткізу коэффициенті;
α2=318·0,530,03=5618
Ластанулардың термиялық кедергілері: су жағынан r1=15800м2·КВт; ерітінді ... ... ... ... ... ... жылу ... коэффициенті λ=17,5Втм·К
K=11596,1+0,00217,5+15800+12500+15618=344,8Втм2·К
Айқасқан ағындағы орташа температуралық қарқынды есептеу үшін мына ... ... ... ... ... ... орташа температура, град; ε∆t-түзету коэффициенті;
ε∆t-мәнін есептеу үшін мына формулаларды қолданамыз:
Р=∆t2c-∆t2б∆t2б-∆t1с ... ... және ... ... ε∆t=0,7
Демек, температуралық қарқын:
∆tорт=24·0,7= 16,8℃
Қажетті жылу беру бетінің ауданы мына ... ... ... м2
ТН типті 1 жүрісті қаптама құбырлы жылуалмастырғышты таңдалынып алынды: жылуалмасу беті 20 м2; корпус диаметрі 325 мм; құбыр ... 20x2 мм; ... ... 4 м; ... саны - ... ... және қосалқы аппараттарды таңдау
Ректификациялық қондырғыларда негізінен екі түрлі аппараттар қолданылады: а) табақшалы; ә) ... ... ... ішкі құрылымдары (табақшалар, насадкалар, денелер т.б) жағынан абсорберлерге ұқсас. Дегенмен абсорлерге қарағанда ректификациялық апараттар жылу алмастырғыштармен (куб, дефлегматор) жабдықталған. ... ... ... ... ... ... ректификацияда маңызы күшті. Мұндай колонналар аппараттағы қысымдар айырмасы аз болғанда және үлкен мөлшерде сұйықтың ұсталынып ... ... ... ... ... ... ... Палль сақиналары, Берль ері және басқа да насадкалар жиі қолданылады.
Үлкен диаметрлі коллоналарда насадка бойымен сұйық біркелкі таралмайды, сондықтан ... ... ... ... ... ... 0,8 + 0,1 м - ден ... ... ... ... ... ... типін таңдау ұсынылғандықтан - табақшалы ректификациялық колонна таңдалынып алынды. Себебі, табақшалы колонналар насадкалы ... ... ... жиі ... ... үлкен өнімділікті береді. Сонымен қатар өндірісте насадкалы колонналармен салыстырғанда табақшалы колонналардың диаметрі кіші болғанымен - қымбат. Бірақ, насадкалы колонналардың диаметрі ... ... ... ... ... күрт ... түседі.Осыған байланысты табақшалы колонналарды өндірісте қолдану экономикалық ... ... ... ... ... ... қоса ... колонналардың диаметрі ұлғайған сайын насадка бойынша флегманың таралуы біркелкі болмай, каналдар пайда болып колоннаның жалпы ... ... ... ... ... колонналар да жиі қолданылады. Бірақ соңғы кезде торлы, қалпақты және басқа да барботажды қондырғылардың эффективтілеу ... де ... Осы ... ... ... ... типі - торлы деп таңдалынды. Оның диаметрі - 400 - 4000 мм болып ... ... ... табақша әр түрлі қысымда және тұрақты режимдегі процесстер үшін қолданылады. Мысалы, қалпақты - жалюзді және торлы - ... ... ... ... ... қалпақты жалюзді табақша диаметрі 1000 - 4000 мм аралығында ... ... ... ... ... қысымдағы процесстер үшін тиімді болып табылады. Ал сеткалы - қалпақты табақша диаметрі - 400 - 4000 мм ... ... ... ... ... процесстерде қолданылады. Ал қалпақты табақшалар - диаметрі 400 - 4000 мм болып, көбінесе тұрақсыз режим жағдайында және де ... ... ... үшін тиімді болып табылады.
Торлы табақшалар арқылы төменнен ... ... ... бу ... табақшадағы көптеген саңылаулар арқылы өткен жағдайда ұсақ ағындарға бөлінеді. Осы ұсақ ... ... ... ... қабаты бірқалыпты сақталады және сол арқылы буларды барботаждайды. Неғұрлым флегма қабаты қалын болған сайын олардағы будың қысымы ... ... ... ... ... ... ... жасау принципі. Бастапқы қоспа жылуалмастырғышта қаныққан су буының қайнау температурасына дейін қыздырылып, ректификациялық колоннаның қоректенуші ... ... ... этил ... және су ... ... араласады.
Қоректенуші табақша колоннаны екі бөлікке бөледі: 1) ... ... - ... ... ... ... дейін. Бұл бөлікте дефлегматорға баратын будың құрамы ТҚ - мен барынша нығайтылу немесе жоғарғы бөлігі деп аталады; 2)төменгі бөлігі - ... ... ең ... ... дейін. Бұл бөлікте барынша сұйықтағы ТҚ - ны тауысу ... және оны ЖҚ - мен ... ... ,яғни кубқа құрамы жағынан ЖҚ - ға жақын сұйық берілуі ... ... бұл ... ... немесе төменгі бөлігі деп атайды.
Колонна бойымен төмен қарай бағытталған сұйық ... ... ... ... яғни ... қалдықтың қайнатқыш қайнауы салдарынан пайда болатын бумен әрекеттеседі. Осының нәтижесінде сұйық құрамынан оңай ... ... ... ... ... Әр ... ... ЖҚ конденсацияланып, сұйықтан ТҚ буланады.
Сонымен, қайнатқыш кубтан көтерілетін ЖҚ - дан құралған бу колоннадан шыққанша ТҚ - мен ... ... ... ретінде - дефлегматор таңдалынып алынды. Дефлегматор - қаптама құбырлы жылу алмастырғыш ... ... оның ... ... ... су, ал ... ... этил спирті өтеді.
Қорытынды
Бұл курстық жұмыста ректификация процесі қарастырылды. Курстық жұмыстың мақсаты бойынша этанол-су бинарлы қоспасын бөлуге торлы табақшалы ректификациялық ... ... ... ... ... оның материалдық және жылулық баланстары есептелініп, аппараттың негізгі өлшемдері анықталды: колонна диаметрі - 2600 мм. ... ... саны - R = 1,547. ... ... ... қаптама құбырлы жылуалмастырғыш таңдалды: қаптама диаметрі - 600мм, ... ... - 4м, жылу ... беті - 98м2. ... үшін ... табақшалы колонна таңдалды. Себебі, олар үздіксіз жүктемелі, ластанбаған ... ... ... ... келеді.
Жалпы алғанда спирттер көптеген өндірістерде еріткіш ретінде қолданылады. Химиялық өнеркәсіпте оларды сан алуан ... үшін ... зат ... ... Осы ... жұмыс нәтижелері бойынша этил спиртін этанол-су бинарлы қоспасынан бөліп алудың негізгі аппараты ... ... ... ... ректификациялық колоннаны айтуға болады. Сонымен қатар ректификациялық колонна өлшегіш-бақылағыш және ... ... ... Бұл ... ... құрылғының жұмыс істеуін автоматты түрде басқару және процесті тиімді режимде өткізу ... ... ... ... тізімі:
* Павлов К.Ф., Романков П.Г., Насков А.А. Изд. 1987г.
* Ю.И. ... , Изд. ... ... ... ... Изд , 1987г.
* И.Л.Иоффе, , Химия, 1991г.
* Н.Н.Лебедев , Химия, 1988г.
* ...

Пән: Химия
Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Көлемі: 25 бет
Бұл жұмыстың бағасы: 1 300 теңге









Ұқсас жұмыстар
Тақырыб Бет саны
Каталитикалық крекинг қондырғысының жобасы49 бет
Органикалық заттардың химиялық технологиясы25 бет
Сұйық бу жүйедегі тепе – теңдік17 бет
Күкіртсутекпен тазалау қондырғысы44 бет
Табиғи, ілеспе газдар және оларды өңдеу мен тазалау әдістері20 бет
Ректификация10 бет
Ректификация процесі14 бет
Бинарлы газ қоспаларындағы диффузиялық орнықсыздық35 бет
Табиғи газды этаноламинды тазалау қондырғысының автоматтандырылуын жобалау20 бет
Унарлы және бинарлы операциялар7 бет


+ тегін презентациялар
Пәндер
Көмек / Помощь
Арайлым
Біз міндетті түрде жауап береміз!
Мы обязательно ответим!
Жіберу / Отправить


Зарабатывайте вместе с нами

Рахмет!
Хабарлама жіберілді. / Сообщение отправлено.

Сіз үшін аптасына 5 күн жұмыс істейміз.
Жұмыс уақыты 09:00 - 18:00

Мы работаем для Вас 5 дней в неделю.
Время работы 09:00 - 18:00

Email: info@stud.kz

Phone: 777 614 50 20
Жабу / Закрыть

Көмек / Помощь