Расчет ректификационной колонны непрерывного действия для разделения бинарной смеси аммиак-вода

Введение
1. Общая часть
1.1 Назначение и устройство аппарата
1.2 Описание процесса проходящего в аппарате
1.3 Технико-экономическое обоснование выбора аппарата
2. Расчетная часть
2.1 Материальный баланс
2.2 Тепловой баланс
2.3 Конструктивный расчет
3. Техника безопасности и противопожарная защита
3.1 Основные меры по технике безопасности и противопожарная защита
3.2 Противопожарное мероприятие
4. Охрана природы
Заключение
Список использованных источников

1.1 Назначение и устройство аппарата

При проведении процессов однократного испарения (ОИ) и однократной конденсации (ОК) получают пар, более богатый низкокипящим компонентом (НКК), а жидкость более богатую высококипящим компонентом (ВКК), чем исходная система. Однако достаточно хорошая степень разделения таким образом не достигается.
Для получения продуктов с любой желаемой концентрацией компонентов и с высокими выходами служит процесс ректификации, заключающийся в многократно повторяющемся контактировании неравновесных паровой и жидкой фаз.
Образованные в результате контакта паровая и жидкая фазы будут отличаться по составу от вступивших в контакт встречных неравновесных потоков паровой и жидкой фаз. В итоге такого контакта пар обогатится низкокипящим компонентом, а жидкость – высококипящим. Если исходные пары и жидкость находились при одинаковом давлении, то для обеспечения этих условий требуется, чтобы температура вступающей в контакт жидкости была ниже температуры паров.
...

1.2 Описание процесса проходящего в аппарате

Принципиальная схема ректификационной установки представлена на рисунке 1.

Рисунок 1- Принципиальная схема ректификационной установки.

Поз. 1 – емкость для исходной смеси; поз. 2,9 – насосы; поз. 3 - теплообменник-подогреватель; поз. 4 – кипятильник; поз. 5 – ректификационная колонна; поз. 6 – дефлегматор; поз. 7 – холодильник дистиллята; поз. 8 – емкость для сбора дистиллята; поз. 10 – холодильник кубовой жидкости; поз. 11 – емкость для кубовой жидкости. Исходную смесь из промежуточной емкости (поз. 1) центробежным насосом (поз. 2) подают в теплообменник (поз. 3), где она подогревается до температуры кипения. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну (поз. 5) на тарелку питания, где состав жидкости равен составу исходной смеси ХF.

Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике (поз. 4).
...

1.3 Технико-экономическое обоснование выбора аппарата

Разнообразие применяемых тарелок обусловлено предъявляемыми к ним требованиями. К последним относят: обеспечение на их поверхности (плато) соответствующего запаса жидкой фазы; достижение необходимой разделительной способности при изменении нагрузок по газу или жидкости; малое гидравлическое сопротивление газовому потоку; минимальный брызгоунос (с нижних тарелок на верхние) для предотвращения снижения движущей силы процесса и уменьшения числа тарелок; возможность работы аппаратов в адиабатических условиях, а также подвода теплоты непосредственно в зону контакта фаз и отвода из нее теплоты (достигается установкой над плато тарелок специальных змеевиков); возможность проводить процесс в вакууме (до 8 Па); высокая эффективность обеспечивается при низком гидравлическом сопротивлении и малых нагрузках по жидкости либо под давлением (до 32 Мпа).
...

2.1 Материальный баланс

Для расчета использую следующие данные: количество смеси, поступающей в аппарат W1=15000 кг/ч, концентрация Ас= 30 вес%, содержание аммиака в дистилляте Ад= 96,5 вес%, в кубовом остатке концентрация А0 = 3,5 вес%. Бинарная смесь: аммиак – вода.
В заданной бинарной смеси низкокипящим компонентом является аммиак (tкип= -33,350С), который переходит в дистиллят, а высококипящим – вода (tкип=1000С), остающийся в кубовом остатке.
...

2.3 Конструктивный расчет

Для последующих расчетов принимаем расстояние между тарелками Н=600 мм.
Объемный расход пара в верхней части колонны:

Значение коэффициента λ рассчитываем по формуле:

где k1=0,85 (для ситчатых тарелок)
с1=480

Значение коэффициента cmax определяем согласно выражению:
cmax=8,47·10-5·[(k1·k2·c1)-(c2·(λ-35))], (44)
где k2=0,7 (при Н=600 мм);
с2=.
cmax=8,47·10-5·[(0,85·0,7·480)-(2·(138-35))]=0,007.
Максимально допустимая скорость пара составит:

Диаметр верхней части колонны будет равен:

Объемный расход пара в нижней части колонны:

Значение коэффициента λ:

Значение коэффициента cmax определяем согласно выражению:
cmax=8,47·10-5·[(0,85·0,7·480)-(2·(19-35))]=0,027.
...