Расчёт ректификационной колонны

Расчёт ректификационной колонны

Контрольная работа по дисциплине

«Технологические процессы и производства»

ЯГТУ 220200.62-30 к/р

Работу выполнил

студент гр. ДСА-24

Д. А. Секретарёв

06.05.2014

Содержание

1 Задание на расчёт ректификационной колонны 3

2 Расчёт ректификацинонной колонны 5

Список используемой литературы 13

Задание на расчёт ректификационной колонны

Задание №30

Требуется разделить методом ректификацииG_F кг/ч бинарной смесиА, содержащей % массовых низкокипящего компонента. Содержание низкокипящего компонента в дистилляте % массовых, в кубовом остатке % массовых. Коэффициент избытка флегмы σ. Исходная смесь поступает в колонну при температуре кипения, соответствующей её составу. Куб ректификационной колонны обогревается насыщенным водяным паром с давлением P атм. Коэффициент теплопередачи в кубе колонны K₁ ; в конденсаторе K₂ . Дистиллят и флегма уходят при температуре кипения. В конденсатор подается вода с начальной температурой t_н ºС и конечной температурой t_к ºС.

Рассчитать колонну непрерывного действия и определить:

1. Необходимое число ректификационных тарелок в колонне (КПД тарелки η)

2. Диаметр и высоту колонны

3. Расход греющего пара в кипятильнике

4. Расход охлаждающей воды в конденсаторе

5. Поверхность теплообмена кипятильника и конденсатора

№

Исходная смесьА

GF

σ

P

K1

K2

tн

tк

η

Метанол – этанол

1,5

0,5

СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ ПО РАВНОВЕСИЮ

МЕЖДУ ЖИДКОСТЬЮ И ПАРОМ

МЕТИЛОВЫМ СПИРТ – ЭТИЛОВЫЙ СПИРТ

% (мол) метилового спирта	t, ºС	Р, мм рт. ст.
в жидкости	в паре
0,0	0,0	78,3
13,4	18,3	76,6
24,2	32,6	75,0
32,0	42,8	73,6
40,1	52,9	72,3
43,5	56,6	71,7
54,2	67,6	70,0
65,2	75,9	68,6
72,8	81,3	67,7
79,0	85,8	66,9
81,4	87,5	66,6
87,3	91,9	65,8
91,0	93,7	65,6
100,0	100,0	64,6

Расчёт ректификационной колонны

1. Материальный баланс.

Обозначим массовый расход дистиллята через G_D кг/ч, кубового остатка через G_W кг/ч.

Уравнение материального баланса:

G_D+G_W= G_F

G_D+G_W=3500 кг/ч

G_D +G_W = G_F

G_D∙0,98+G_W∙0,05= 3500∙0,20

3500∙0,20=G_D∙0,98+(3500-G_D)∙0,05

3500∙0,20=G_D∙0,98+175-G_D∙0,05

700-175= G_D∙(0,98-0,05)

525=G_D∙(0,98-0,05)

G_D=525/0,93=565кг/ч

G_W=G_F-G_D

G_W=3500-565=2935кг/ч

НаходимG_D=565кг/ч , G_W=2935кг/ч

Выразим концентрации питания, дистиллята и кубового осадка в мольных долях:

где - молекулярная масса метанола ( )

- молекулярная масса этанола

Относительный мольный расход питания:

Минимальное число флегмы:

Рабочее число флегмы:

1.5∙6.934+0.3=10.701

Уравнения рабочих линий:

а) верхней (укрепляющей) части колонны

б) нижней (исчерпывающей) части колонны

2. Определение числа тарелок, диаметра и высоты колонны.

Рис.1 Определение числа ступеней изменения концентрации по диаграмме y^*-x: 1-линия равновесия; 2-рабочая линия для укрепляющей части колонны; СВ-рабочая линия для исчерпывающей части колонны; АСВ- рабочая линия процесса ректификации.

По диаграмме y^*-x находим число ступеней изменения концентрации:

в верхней части колонны n_т≈ 16, в нижней части n_т≈8, всего 24 стуненей.

Действительное число тарелок расчитываем по уравнению:

а) для верхней части колонны:

б) для нижней части колонны:

Общее число тарелок принимаем .

Высота рабочей части колонны:

где – расстояние между тарелками принимается 0,3м.

Средние концентрации жидкости:

а)в верхней части колонны

б) в нижней части колонны

Средние концентрации пара находим по уравнениям рабочих линий:

а) вверхней части колонны

а) в нижней части колонны

Средние температуры пара определяем по диаграмме t-x,y:

а) при

б) при

Средние мольные массы и плотности пара:

а)

б)

Средняя плотность пара в колонне:

Температура вверху колонны при равняется 65,1⁰С, а в кубе- испарителе при она равна 77,4⁰С.

Плотность метанола при 65,1⁰С , плотность этанола при 77,4⁰С

Средняя плотность жидкости в колонне:

Скорость пара в колонне:

где С- справочный коэффициент для ситчатых тарелок при м.

Рис. 2 Диаграмма t-x,y: 1-температура паровой смеси; 2-температура жидкой смеси.

Средняя температура в колонне:

)/2=(70,3+75,9)/2≈73,1⁰C

Объёмный расход проходящего через колонну пара:

где -мольная доля дистиллята:

Диаметр колонны:

По каталогу-справочнику «Колонные аппараты» выбираем D=1700 мм, тогда скорость пара в колонне будет:

3. Тепловой расчет установки.

Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре-конденсаторе:

где

– удельные теплоты конденсации метанола и этанола при 65,1⁰С

Расход теплоты, получаемой в кубе-испарителе от греющего пара:

Тепловые потери приняты в размере 3 от полезно затрачиваемой теплоты, удельные теплоемкости взяты при температуре 65,1⁰С и 77,4⁰С соответственно, температура кипения исходной смеси 74,6⁰С определена по рисунку 2.

Расход теплоты в паровом подогревателе исходной смеси:

Здесь тепловые потери приняты в размере 5%, удельная теплоёмкость исходной смеси взята при средней температуре (74,6+9,5)/2≈42⁰С

Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике дистиллята:

где удельная теплоемкость дистиллята взята при средней температуре (65,1+12,3)/2≈39⁰С

Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике кубового остатка:

где удельная теплоемкость кубового остатка взята при средней температуре (77,4+12,3)/2≈45⁰С

Расход греющего пара, имеющего давление р_абс=5атм и влажностью 0%

а) в кубе-испарителе:

где =2117∙10³ Дж/кг удельная теплота конденсации греющего пара при р_абс=5атм и влажностью 0%.

б) в подогревателе исходной смеси:

Всего: 0,97+0,08=1,05

Расход охлаждающей воды при нагреве её на 20⁰С:

а) в дефлегматоре:

б) в водяном холодильнике дистиллята:

в) в водяном холодильнике кубового остатка:

Всего:

4. Расчет поверхностей теплообмена:

а) кипятильника

где

–температура конденсации насыщенного водяного пара при р_абс= 5атм

б)конденсатора

Список используемой литературы

1 К.Ф.Павлов, П.Г.Романков, А.А.Носов. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии.