Общие указания
Расчет ректификационной установки состоит из следующих основных этапов:
Составление материального баланса (определение расходов дистиллята и кубового остатка, расчет флегмового числа).
Определение скорости пара и диаметра колонны.
Гидравлический расчет тарелок.
Определение числа тарелок и высоты колонны.
Тепловой расчет установки (вычисление значений величин основных тепловых потоков, определение расходов греющего пара и охлаждающей воды).
В настоящих методических указаниях представлены все основные этапы расчета ректификационной установки (в общем виде) на примере тарельчатой ректификационной колонны непрерывного действия, в которой проводится разделение бинарной системы компонентов A–B (B – легколетучий компонент).
Расчетно-пояснительная записка курсовой работы должна содержать следующие структурные элементы:
титульный лист (указать наименование университета, кафедры; тему курсовой работы; номер группы; фамилию и инициалы студента; должность, фамилию и инициалы руководителя; год выполнения проекта);
текст задания на проектирование;
содержание (перечислить все разделы пояснительной записки с указанием номера страниц);
введение (описать сущность и назначение процесса, привести принципиальную схему установки, сформулировать цель разработки);
расчетная часть (в соответствии с вышеизложенными основными этапами расчета ректификационной установки);
заключение (выводы и предложения; привести численные значения величин, характеризующих основные этапы расчета);
список использованных источников (в соответствии с ГОСТ 7.1–84; располагать в порядке появления ссылок).
При оформлении расчетно-пояснительной записки следует придерживаться правил для составления отчета о научно-исследовательской работе, изложенных в ГОСТ 7.32–2001.
Задание на курсовую работу
Рассчитать непрерывно действующую тарельчатую ректификационную колонну (рисунок 1) с ситчатыми тарелками (рисунок 2), работающую при атмосферном давлении (p = 1,013·105 Па) и предназначенную для разделения бинарной смеси компонентов A–B. Жидкая смесь состава ωF, % (мас.) поступает в колонну в количестве GF, т/ч. Дистиллят должен содержать ωD, % (мас.) компонента B (легколетучий компонент), а в кубовом остатке содержание этого компонента не должно превышать ωW, % (мас.).
1 – куб-испаритель; 2 – колонна; 3 – дефлегматор-конденсатор; 4 – подогреватель исходной смеси; 5 – холодильник дистиллята; 6 – холодильник кубового остатка Рисунок 1 — Схема установки непрерывной ректификации |
Рисунок 2 — Схема переливного устройства ситчатой тарелки |
Перед поступлением в ректификационную колонну жидкость нагревается до кипения греющим паром, имеющим абсолютное давление pабс, кгс/см2 и влажность φ, %. Потери тепла в окружающую среду qпот, % от полезно затрачиваемого тепла в кубе-испарителе. Нагрев охлаждающей воды на Δtв, °C.
Размеры ситчатой тарелки (рисунок 2): диаметр отверстий d0 = 4 мм, высота сливной перегородки hп = 40 мм. Свободное сечение тарелки (суммарная площадь отверстий) 8% от общей площади тарелки. Площадь, занимаемая двумя сегментными переливными стаканами, составляет 20% от общей площади тарелки. Расстояние между тарелками h, мм.
Исходные данные для расчета ректификационной колонны приведены в таблицах 1 и 2. Вариант задания для студентов дневного отделения устанавливает преподаватель. Студенты заочного отделения выбирают номер задания, равный последней цифре студенческого билета (если она равна “0”, то задание № 10).
Таблица 1 – Данные по вариантам
№ |
Жидкость B |
Жидкость A |
GF, т/ч |
ωF, % (мас.) |
ωD, % (мас.) |
ωW, % (мас.) |
pабс, кгс/ /см2 |
φ, % |
qпот, % |
Δtв, °C |
h, мм |
1 |
Ацетон |
Бензол |
7,0 |
30 |
92 |
4 |
5,0 |
5 |
3 |
15 |
400 |
2 |
Ацетон |
Изопропанол |
4,6 |
32 |
94 |
8 |
3,0 |
6 |
3 |
15 |
300 |
3 |
Ацетон |
Уксусная кислота |
9,4 |
24 |
94 |
7 |
2,0 |
5 |
4 |
20 |
600 |
4 |
Ацетон |
Этанол |
10,2 |
23 |
95 |
5 |
4,0 |
7 |
3 |
20 |
400 |
5 |
Гексан |
Октан |
5,2 |
30 |
96 |
5 |
3,2 |
4 |
5 |
15 |
300 |
6 |
Метанол |
Бутанол |
6,0 |
20 |
92 |
12 |
4,5 |
3 |
4 |
15 |
400 |
7 |
Метанол |
Этанол |
4,8 |
40 |
95 |
4 |
2,8 |
5 |
3 |
20 |
600 |
8 |
Сероуглерод |
Тетрахлор-метан |
7,2 |
40 |
95 |
6 |
3,5 |
4 |
5 |
20 |
400 |
9 |
Хлороформ |
Тетрахлор-метан |
12,2 |
45 |
95 |
3 |
6,0 |
2 |
4 |
15 |
300 |
10 |
Этанол |
Бутанол |
12,8 |
24 |
93 |
7 |
2,0 |
5 |
3 |
15 |
400 |
Таблица 2 – Экспериментальные данные о равновесных составах жидкости (x) и пара (y), % (мол.) и температуры кипения (t), °C бинарных смесей при давлении P = 760 мм рт.ст.
№ |
x |
0 |
5 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
1 |
y* |
0 |
15 |
25,3 |
40,3 |
51,5 |
60,3 |
67,9 |
74,6 |
81,0 |
87,4 |
97,3 |
100 |
t |
80,1 |
76,4 |
73,6 |
69,7 |
66,8 |
64,5 |
62,7 |
61,0 |
59,6 |
58,4 |
57,3 |
56,2 |
|
2 |
y* |
0 |
17 |
28,0 |
46,7 |
57,0 |
65,9 |
73,8 |
78,5 |
83,4 |
89,0 |
94,5 |
100 |
t |
82,3 |
78,7 |
76,0 |
71,4 |
68,6 |
65,7 |
63,2 |
61,8 |
60,2 |
58,7 |
57,2 |
56,1 |
|
3 |
y* |
0 |
16,2 |
30,6 |
55,7 |
72,5 |
84,0 |
91,2 |
94,7 |
96,9 |
98,4 |
99,3 |
100 |
t |
118,1 |
110,0 |
103,4 |
93,1 |
85,8 |
79,7 |
74,6 |
70,2 |
66,1 |
62,6 |
59,2 |
56,0 |
|
4 |
y* |
0 |
15,5 |
26,2 |
41,7 |
52,4 |
60,5 |
67,4 |
73,9 |
80,2 |
86,5 |
92,9 |
100 |
t |
78,3 |
75,4 |
73,0 |
69,0 |
65,9 |
63,6 |
61,8 |
60,4 |
59,1 |
58,0 |
57,0 |
56,1 |
|
5 |
y* |
0 |
21,7 |
41,1 |
63,5 |
77,4 |
84,3 |
91,7 |
95,2 |
97,7 |
98,7 |
99,2 |
100 |
t |
124,3 |
120,0 |
115,9 |
105,9 |
97,2 |
92,3 |
87,1 |
82,6 |
78,4 |
74,9 |
71,6 |
68,8 |
|
6 |
y* |
0 |
41,8 |
59,3 |
75,3 |
81,8 |
87,5 |
90,9 |
93,4 |
95,8 |
97,3 |
98,7 |
100 |
t |
117,6 |
110,0 |
102,7 |
95,5 |
90,6 |
86,9 |
84,1 |
82,3 |
81,0 |
76,6 |
71,4 |
64,7 |
|
7 |
y* |
0 |
7,4 |
14,3 |
27,1 |
39,6 |
51,5 |
62,6 |
72,3 |
79,8 |
86,6 |
93,2 |
100 |
t |
78,3 |
77,2 |
76,5 |
75,0 |
73,6 |
72,2 |
70,8 |
69,4 |
68,2 |
66,9 |
65,9 |
64,9 |
|
8 |
y* |
0 |
13,2 |
24,0 |
42,3 |
54,4 |
64,5 |
72,6 |
79,1 |
84,8 |
90,1 |
95,0 |
100 |
t |
76,7 |
73,7 |
71,0 |
66,0 |
62,3 |
59,0 |
56,1 |
53,7 |
51,6 |
49,6 |
47,9 |
46,3 |
|
9 |
y* |
0 |
7,0 |
13,5 |
26,5 |
39,5 |
52,0 |
63,5 |
72,5 |
81,0 |
88,5 |
95,0 |
100 |
t |
76,8 |
75,8 |
74,7 |
72,6 |
70,6 |
68,6 |
66,9 |
65,3 |
63,9 |
62,6 |
61,5 |
60,8 |
|
10 |
y* |
0 |
17,4 |
31,8 |
51,6 |
65,0 |
75,0 |
81,0 |
87,3 |
91,8 |
95,3 |
97,8 |
100 |
t |
117,6 |
114,1 |
110,6 |
104,4 |
99,2 |
94,9 |
91,3 |
88,0 |
85,1 |
82,4 |
80,2 |
78,3 |