Курсовая с практикой на тему Расчет воздухоразделительного аппарата двукратной ректификации (Вариант 11)

Содержание:

Введение 2 1. Задание и исходные данные к расчету 3 2. Определение числа тарелок ректификационных колонн 5 2.1. Определение давления в нижней колонне 5 2.2. Материальный баланс воздухоразделительного аппарата 6 2.3. Тепловой баланс воздухоразделительного аппарата 7 2.4. Определение координат полюса в нижней колонне 10 2.5. Графическое определение числа теоретических тарелок
в нижней колонне 10 2.6. Определение координат полюса отгонной секции верхней
колонны 12 2.7. Определение координат полюса концентрационной секции
верхней колонны 12 2.8. Графическое определение числа теоретических тарелок
в верхней колонне 13 3. Гидравлический расчет ректификационных колонн 15 3.1. Определение нагрузок на тарелки нижней колонны 15 3.2. Наружный и внутренний диаметры тарелки нижней
колонны 16 3.3. Скорость движения пара в нижней колонне 17 3.4. Гидравлическое сечение тарелки нижней колонны 19 3.5. Расстояние между тарелками нижней колонны 19 3.6. Исходные данные для гидравлического расчета верхней
колонны 21 3.7. Определение нагрузок на тарелки верхней колонны 21 3.8. Наружный и внутренний диаметры тарелки верхней
колонны 22 3.9. Скорость движения пара в верхней колонне 22 3.10. Гидравлическое сечение тарелки верхней колонны 23 3.11. Расстояние между тарелками верхней колонны 24 Список использованной литературы 26

Введение:

Последние годы
характеризуются интенсивным применением криогенной техники и технологии в
различных областях и сферах. Одним из главных направлений применения криогенной
техники в промышленности является низкотемпературное разделение воздуха и
газовых смесей.

Наряду с
воздухоразделительными установками эксплуатируется большое количество
установок,  в которых с помощью
криогенной техники разделяют газовые смеси. В данных технологиях производится
низкотемпературное выделение таких ценных для промышленности продуктов, как
азотоводородная смесь, водород, окись углерода, гелий и некоторые другие газы.

Криогенные воздухо- и
газоразделительные установки являются весьма энергоемкими, поэтому
первостепенное значение приобретают вопросы разработки и создания установок,
отличающихся высокими технико-экономическими показателями.

Помимо этого необходимо
решать вопросы, связанные с получением продуктов высокой степени концентрации
(чистоты). Эти вопросы решаются на этапе проектирования установок. От решения
данных вопросов зависит работоспособность и эффективность установки.

Ректификация – процесс
разделения многокомпонентных смесей за счет противоточного массообмена между
паром и жидкостью. Эти процессы протекают в специальных аппаратах
(ректификационных колоннах). Современные технологии можно разделить на аппараты
однократной и двукратной ректификации.

Заданием на выполнение
данного курсового проекта является расчет воздухоразделительного аппарата
двукратной ректификации.

Заключение:

Фрагмент текста работы:

1. Задание
и исходные данные к расчету

Целью расчета является
определение числа тарелок и основных размеров колонн. Ниже приведен расчет
наиболее типичного воздухоразделительного аппарата, схема которого представлена
на рисунке 1. Аппарат предназначен для получения газообразного кислорода. В
колонне высокого давления змеевик сжатого воздуха отсутствует.

Исходные данные для
расчета:

Количество
перерабатываемого воздуха – VH
= 1800 нм3/ч

Концентрация отбросного
азота – YA
= 98,5% мол.

Концентрация
газообразного кислорода – YK
= 0,4% мол.

Концентрация азотной
флегмы – XD
=  98% мол.

Концентрация кубовой
жидкости – XR
= 60% мол.

Давление на верху верхней
колонны — МПа

Сопротивление верхней
колонны —  = 0,01 МПа

Сопротивление нижней
колонны —  = 0,01 МПа

Уровень жидкости
кислорода в конденсаторе – НК = 0,8 м

Температурный напор в
конденсаторе — 2,6 К

Удельная величина
теплопритоков извне через теплоизоляцию воздухоразделительного аппарата —  = 5,3 кДж/нм3

Обозначение Y соответствует содержанию нижекипящего
компонента (азота) в паровой фазе, Х – азота в жидкой фазе в мольных долях.

Воздух рассматривается
как двухкомпонентная смесь, содержащая 21% мол. кислорода и 79% мол. азота; в
материальном и тепловом балансах аргон условно отнесен к азоту.

Холодопотери в окружающую
среду для всех аппаратов независимо от того, какие потоки проходят через
аппарат, отнесены к 1 м3 перерабатываемого воздуха.

В дальнейшем расчеты
отнесены к 1 м3 воздуха при нормальных условиях. Эти условия
соответствуют температуре 273,15 К и абсолютному давлению 0,1013 МПа.
Считается, что при нормальных условиях 1 кмоль идеального газа занимает объем
22,4 м3. Воздух и его компоненты в нормальных условиях с достаточной
точностью подчиняются законам идеальных газов. Рисунок 1 – Схема колонны
ректификации воздуха

2. Определение
числа тарелок ректификационных колонн

Расчет процесса
ректификации производится методом Поншона с помощью диаграммы i –
x.
Этот метод позволяет при определении числа теоретических тарелок учитывать
различие в теплоте испарения компонентов и, следовательно, изменение расходов
пара и жидкости по высоте колонны.

Поступающий в
ректификационную колонну атмосферный воздух содержит по объему 21% кислорода и
79% азота (остальные газы отнесены к азоту). В результате разделения воздуха из
аппарата выводятся кислород с концентрацией 99,6% и азот с концентрацией 98,5%.

Количества поступающих в
аппараты кислорода и азота с воздухом равны количествам этих газов,  отходящих из аппарата с продуктами
разделения.

Составим материальный
баланс по азоту, обозначив:

В – объем
перерабатываемого воздуха, м3;

К – объем получаемого
кислорода, м3;

А – объем получаемого
азота, м3;

R – объем кубовой жидкости, м3;

D – объем азотной флегмы, м3;

YA – содержание N2 в получаемом
азоте, объемные (мольные) доли;

YK — содержание N2 в получаемом
кислороде, объемные доли;

XR — содержание N2 в кубовой
жидкости, объемные доли;

XD — содержание N2 в азотной флегме,
объемные доли.

2.1. Определение
давления в нижней колонне

В технике разделения
воздуха колонну высокого давления называют нижней колонной. В ней происходит
предварительное разделение вводимого воздуха на азотную флегму с концентрацией XD = 98% мол. и кубовую
жидкость с концентрацией XR
= 60,5% мол.