Разработка ректификационной колонны при производстве спирта

ВВЕДЕНИЕ 6
1 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОБОРУДОВАНИЯ 9
1.1 Материальные расчеты процесса ректификации 10
1.2 Определение минимального и рабочего флегмового числа 11
1.3 Определение основных геометрических размеров ректификационной колонны 20
2. РАЗРАБОТКА РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЫ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СПИРТА 25
2.1 Расчет гидравлического сопротивления колонны 25
2.2 Проверка эффективности работы колонны 29
2.3 Уточненный расчет расстояния между тарелками и высоты колонны 30
2.4 Расчет диаметров штуцеров ректификационной колонны 31
2.5 Тепловой расчет ректификационной колонны 34
2.6 Расчет и выбор теплообменного аппарата для подогрева исходной смеси 35
2.7 Определение тепловой нагрузки аппарата 36
2.8 Определение расхода пара и температуры его насыщения. 37
2.8.1 Расчет температурного режима теплообменника 37
2.9 Выбор дефлегматора, кипятильника колонны и холодильников для дистиллята и кубового остатка 45
2.9.1 Выбор дефлегматора 45
2.9.2 Выбор холодильника кубового остатка. 48
2.9.3 Гидравлический расчет 50
2.9.4 Расчет сопротивлений на напорном участке трубопровода от насоса до теплообменника. 54
2.9.5 Расчет сопротивлений участка напорного трубопровода от теплообменника до колонны 57
2.9.6 Подбор насоса и проверка условий его работы на сеть 58
2.9.7Конструктивный расчет ректификационной колонны 61
3. ЭКЛОГИЧНОСТЬ И БЕЗОПАСНОСТЬ НА ПРОИЗВОДСТВЕ 69
3.1 Снижение выбросов в атмосферу 69
3.2 Обеспечение промышленной безопасности 70
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 73
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 74
ПОСЛЕДНЯЯ СТРАНИЦА ВЫПУСКНОЙ КВАЛИФИКАЦИОННОЙ РАБОТЫ 78

Весь текст будет доступен после покупки

В современном мире производство этилового спирта (ректификованного спирта) является стратегически важной отраслью промышленности. Спирт слу-жит основным сырьем для пищевой, фармацевтической, парфюмерно-косметической и химической промышленностей, а также активно используется в качестве биотоплива. Ключевым этапом получения спирта высокой концентрации и чистоты (до 96,6% об.) является процесс ректификации.
Актуальность разработки и оптимизации ректификационных колонн для производства спирта обусловлена следующими факторами:
Растущий спрос на высокоочищенный спирт. Ужесточение требований к качеству продукции в пищевой (производство алкогольных и безалкогольных напитков) и медицинской (производство антисептиков, лекарственных средств) отраслях требует применения высокоэффективного оборудования, способного обеспечивать глубокую очистку от примесей (сивушных масел, эфиров, альдеги-дов).
Энергоэффективность. Ректификация – высокоэнергоемкий процесс, на ко-торый приходится значительная часть себестоимости готового продукта. Разра-ботка современной колонны с оптимизированными параметрами (тип контактно-го устройства, режим работы) позволяет существенно снизить удельные расходы пара и воды, что напрямую влияет на экономическую конкурентоспособность предприятия.
Импортозамещение и развитие отечественного машиностроения. В услови-ях текущих экономических реалий разработка и внедрение отечественного обо-рудования, не уступающего по своим технико-экономическим показателям зару-бежным аналогам, приобретает стратегическое значение для обеспечения техно-логической независимости отрасли.
Переход к экологически безопасным производствам. Современное проек-тирование предусматривает минимизацию потерь продукта, снижение нагрузки на окружающую среду за счет замкнутых циклов теплообмена и эффективных систем улавливания паров, что соответствует принципам «зеленой» химии и устойчивого развития.
Таким образом, проектирование высокопроизводительной, энергоэффек-тивной и надежной ректификационной колонны является важной научно-технической задачей, решение которой отвечает современным требованиям про-мышленности.
Гипотеза исследования - предполагается, что разработанная ректификаци-онная колонна с оптимально подобранными сетчатыми тарелками (или регуляр-ной насадкой – в зависимости от выбора, который нужно сделать и обосновать в работе) будет обладать более высокой эффективностью разделения и меньшим гидравлическим сопротивлением по сравнению с традиционно применяемыми колпачковыми тарелками. Это позволит при заданной производительности по спирту-сырцу, снизить энергозатраты на процесс ректификации, а также обеспе-чить стабильное качество получаемого спирта-ректификата, соответствующее высшему сорту по ГОСТ 51652-2000.

Весь текст будет доступен после покупки

1 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОБОРУДОВАНИЯ

Ректификация широко применяется в спиртовой и химической промышленности для разделения жидких однородных смесей, состоящих из нескольких летучих компонентов, обладающих различной летучестью при одной и той же температуре.
Ректификация — процесс многократно повторяемого разделения гомогенных смесей летучих жидкостей путем двустороннего массо- и теплообмена между неравновесными жидкой и паровой фазами, имеющими различную температуру и движущимися относительно друг друга. Она возможна тогда, когда компоненты, образующие смесь, имеют различную температуру кипения (летучесть). Разделение осуществляется при контакте фаз. При каждом контакте из жидкости испаряется преимущественно НК, которым обогащаются пары, а из паровой фазы конденсируется ВК, переходящий в жидкость. Обмен компонентами между фазами позволяет получить пары, представляющие собой почти чистый НК. Ректификация дает возможность использования теплоты конденсации пара для испарения жидкости путем непосредственного контакта конденсирующейся паровой и кипящей жидкой фаз. В процессе ректификации подводимая извне теплота затрачивается только в кипятильнике — однократно для частичного испарения жидкой смеси с получением начального потока пара. Теплота конденсации паров отводится в конденсирующем устройстве.
Процесс ректификации осуществляется в колонных аппаратах, обеспечивающих противоточное движение взаимодействующих фаз. Колонные аппараты оборудуются устройствами, обеспечивающими большую поверхность контакта фаз (тарелки).
В настоящем проекте разделению подвергается бинарная смесь «этиловый спирт-вода». Изготавливаемые из этилового спирта продукты отличаются разнообразием и пользуются спросом.
Технологический расчет ректификационной колонны сводится к вычислению материальных потоков в колонне; параметров, определяющих режим работы колонны (минимального и рабочего флегмового числа); основных геометрических характеристик колонны – диаметра, высоты и некоторых ее элементов – расстояния между тарелками, диаметров штуцеров и т. п.; гидравлического сопротивления колонны; тепловых потоков в ней, позволяющих определить расход греющего пара на колонну, расход воды на дефлегматор и т.д.
При расчете процесса ректификации принимаются следующие допущения:
- концентрация паров, покидающих колонну, равна концентрации дистиллята, возвращаемого в колонну на орошение (уД=хД);
- концентрация паров, образующихся в кипятильнике, равна концентрации кубового остатка (уW=хW);
- cкрытые мольные теплоты парообразования компонентов смеси равны rA=rB, а это значит, что каждый кмоль сконденсировавшегося пара испаряет 1 кмоль жидкости, вследствие чего, количество поднимающегося пара и стекающей жидкости по высоте колонны не изменяется, а лишь меняется их состав. Это допущение позволяет вести расчет процесса ректификации не в весовых, а в молярных величинах;
- исходная смесь поступает в колонну при температуре кипения.

1.1 Материальные расчеты процесса ректификации

Количество дистиллята и кубового остатка определяем путем совместного решения уравнений материального баланса:
{-(G"W" =G"F" -G"Д" @G"W" a"W" =G"F" a"F" -G"Д" a"Д" )+ (1)

где GF=11,5 т/ч – производительность установки по исходной смеси;
aF = 29% масс. – концентрация этанола в исходной смеси;
aD=87% - концентрация этанола в дистилляте;
aW = 0,6% - концентрация этанола в кубовом остатке.
Тогда

Весь текст будет доступен после покупки

1. Александров, И.А. Ректификационные и абсорбционные аппараты. Методы расчета и основы конструирования. [Текст] : / И.А. Александров. – М.: Химия, 1971. – 287 с.
2. Аппараты колонные стальные сварные [Текст] : Технические требования ГОСТ 24305-80.
3. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машино-строителя [Текст] : – В 3-х т. – Т. 3. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1979. – 557 с.
4. Выбор конструкции и экономически целесообразного режима эксплуатации теплообменных аппаратов [Текст] : Учеб. пособие / А.В. Логинов; ВТИ, Воронеж, 1991. – 80 с.
5. Гжиров, Р.И. Краткий справочник конструктора: Справочник [Текст] : Л.: Машиностроение, Ленинград. отд-ние, 1983. – 464 с.
6. Иоффе, И.А. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии [Текст] : – Л.: Химия, 1991. – 352 с.
7. Касаткин, А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии [Текст] : Учебник. 9-е изд. исправл. М.: Альянс, 2014. – 750 с.
8. Колонные аппараты. Каталог. Цинтихимнефтемаш, М.: 1987. – 62 с.
9. Кретов, И.Т. Технологическое оборудование предприятий бродильной промышленности [Текст] : учебник / Кретов, И.Т., Антипов С.Т. – Воронеж. Изд-во ВГУ, 1997. – 624 с.
10. Кувшинский М.Н. Процессы и аппараты химической промышленности. Курсовое проектирование. [Текст] : Учебное пособие / М.Н. Кувшинский, А.Л. Соболева. 2-е изд. М.: Высшая школа, 1989. – 223 с.
11 Кутепов, А.Н. Общая химическая технология [Текст] : учебник / A.M. Кутепов, Т.И. Бондарева, М.Г. Беренгарнян. М.: Высшая школа, 1990. – 543 с.
12 Лащинский, А. А. Основы расчета и конструирования химической аппаратуры : справочник [Текст] : / Лащинский А. А., Толчинский А. Р. 2 изд., перераб. и доп. – Л.: 2013. – 753 с.

Весь текст будет доступен после покупки