Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Project

.pdf
Скачиваний:
7
Добавлен:
13.02.2015
Размер:
424.96 Кб
Скачать

Российский химико–технологический университет им. Д. И. Менделеева

Кафедра процессов и аппаратов химической технологии

Курсовая работа

Расчёт ректификационной установки

Выполнил: студент гр. И–43 Мурылёв Н. А. Проверил преподаватель: Кабанов О. В.

Москва 2012

Оглавление

1

Введение

2

2

Обозначения

3

3

Расчёт Ректификационное трололо (мб убрать? Всё равно надо это при-

 

 

чесать!)

4

 

3.1

Материальный баланс колонны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4

 

3.2

Расчёт средних массовых расходов (или как это обозначить?) . . . . . . . . .

4

 

3.3

Скорость пара и диаметр колонны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7

3.4Высота пены и светлого слоя жидкости на тарелке и паросодержание барботажного слоя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

3.5Выбор межтарельчатого расстояния . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

3.6 Расчёт коэффициентов массопередачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

3.7Определение высоты колонны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

3.8Гидравлическое сопротивление колонны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

4 Тепловой расчёт (мб убрать? Всё равно надо это причесать!)

18

4.1Выбор материала, хардкор и сталь! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

4.2Расчёт подогревателя исходной смеси . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

4.2.1 Поверочный расчёт подогревателя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

4.3Расчёт кипятильника . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

4.3.1Поверочный расчёт кипятильника . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

4.4Расчёт дефлегматора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

4.4.1Поверочный расчёт дефлегматора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

4.5 Расчёт холодильника дистиллята . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

4.5.1 Поверочный расчёт холодильника . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

4.6Расчёт холодильника кубового остатка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

4.7Теплоизол . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

1

Глава 1

Введение

Тро–ло–ло, тут надо что–нибудь написать?

2

Глава 2

Обозначения

А тут надо что–нибудь?

3

Глава 3

Расчёт Ректификационное трололо (мб убрать? Всё равно надо это причесать!)

3.1Материальный баланс колонны

%тро–ло–ло, поехали! Пересчитаем массовые доли содержания ацетона в исходной смеси, ректификате и кубовом остатке в мольные:

 

 

 

 

 

 

 

xF

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0:33

 

 

 

 

 

кмоль ацетона

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Mацетона

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xF =

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

58

 

 

 

= 0:3985

;

 

(3.1)

 

 

xF

 

+

 

 

1 xF

 

0:33

+

 

1 0:33

 

 

 

кмоль смеси

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Mбензола

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Mацетона

 

 

 

 

 

58

 

 

 

 

78

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xP

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0:98

 

 

 

 

 

кмоль ацетона

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Mацетона

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xP =

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

58

 

 

 

= 0:9851

 

;

 

(3.2)

 

 

xP

 

+

 

 

1 xP

 

 

 

0:98

+

 

 

1 0:98

 

 

кмоль смеси

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Mбензола

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Mацетона

 

 

 

 

 

58

 

 

 

 

78

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xW

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0:012

 

 

 

 

 

 

кмоль ацетона

 

 

 

 

 

 

Mацетона

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

58

 

 

 

 

 

 

 

(3.3)

xW =

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

= 0:0161

 

 

;

 

 

 

xW

+

 

1 xW

 

 

0:012

+

1 0:012

 

кмоль смеси

 

 

 

Mацетона

Mбензола

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

58

 

 

 

 

78

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По условию ;

F = 3:5 кг=с

W =

 

(xP xF )

 

3:5 (0:98 0:33)

 

 

 

F

=

 

= 2:35 кг=с;

(3.4)

 

 

0:98 0:012

 

xP xW

 

 

 

 

 

 

 

 

(3.5)

P = F

W = 3:50 2:35 = 1:15 кг=с:

%дальше загонять всякую хрень про оптимальное флегмовое число.

3.2Расчёт средних массовых расходов (или как это обозначить?)

Характеристики пара:

 

 

 

 

 

 

Средний молярный состав пара в верхней части колонны:

 

 

yP + yт:п:

 

0:9851 + 0:50585

(3.6)

yср: верх: =

 

=

 

 

= 0:7455;

2

2

 

 

 

 

4

По t –x–y диаграмме, tср

:верх: = 61:96 C;

 

Средний молярный состав пара в нижней части колонны:

 

 

 

yW

+ yт:п:

 

0:0161 + 0:50585

(3.7)

 

yср: низ: =

 

 

=

 

 

= 0:26098;

 

 

2

2

 

 

 

 

 

 

 

По t –x–y диаграмме, tср

:низ: = 76:0 C;

 

 

 

 

Средняя молярная масса пара в верхней части колонны:

 

Mверх0

: = Mацетона yср: верх: + Mбензола (1 yср: верх:) =

(3.8)

 

 

 

 

= 58 0:7455 + 78 (1 0:7455) = 63:09 г=моль;

Средняя молярная масса пара на линии питания:

 

MF0 = Mацетона yт:п: + Mбензола (1 yт:п:) =

(3.9)

 

 

 

 

= 58 0:50585 + 78 (1 0:50585) = 67:88 г=моль;

Средняя молярная масса пара в нижней части колонны:

Mниз0

: = Mацетона yср: низ: + Mбензола (1 yср: низ:) =

(3.10)

 

 

 

= 58 0:26098 + 78

(1 0:26098) = 72:78 г=моль;

Средняя массовая нагрузка по пару для верхней части колонны:

 

 

 

 

M0

 

63:09

 

 

 

верх:

 

 

 

= 5:912 кг=с;

(3.11)

 

Gверх: = P (R + 1)

 

= 1:15 (3:75

+ 1)

 

 

MP

58:298

Средняя массовая нагрузка по пару для нижней части колонны:

 

 

M0

 

 

 

 

M0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

низ:

 

 

 

низ:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gниз: = P (R + 1)

 

'

 

F

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

MP

MF

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

72:78

 

 

72:78

= 6:219 кг=с;

(3.12)

 

 

= 1:15 (3:75 + 1)

 

 

 

0:16 3:5

 

 

 

 

 

58:298

67:88

Плотность пара:

 

 

 

 

 

 

M0 T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

;

 

 

 

 

(3.13)

Для верхней части колонны:

 

 

 

22:4 (T + t )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y верх: =

 

 

 

63:09 273

 

 

= 2:296 кг=м3;

 

(3.14)

 

 

22:4 (273 + 61:96)

 

Для нижней части колонны:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y низ: =

 

72:78 273

= 2:542 кг=м3:

 

(3.15)

 

 

22:4 (273 + 76)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Характеристики жидкости:

Молярная масса дистиллята равна:

MP = Mацетона xацетона + Mбензола (1 xацетона) =

= 58 0:9851 + 78 (1 0:9851) = 58:298 г=моль; (3.16)

5

Средний молярный состав жидкости в верхней части колонны:

 

 

 

xP + xт:п:

 

0:9851 + 0:37805

(3.17)

xср: верх:

=

 

 

 

=

 

 

 

= 0:6816;

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

По t –x–y диаграмме, tср

:верх: = 56:73 C;

 

 

 

 

 

Средний молярный состав жидкости в нижней части колонны:

 

 

 

xW + xт:п:

 

0:0161 + 0:3785

 

(3.18)

xср: низ:

=

 

 

 

=

 

 

= 0:1973;

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

По t –x–y диаграмме, tср

:низ: = 79:64 C;

 

 

 

 

 

Средняя молярная масса жидкости в верхней части колонны:

 

Mверх: = Mацетона xср: верх: + Mбензола (1 xср: верх:) =

(3.19)

 

 

 

= 58 0:6816 + 78 (1 0:6816) = 64:37 г=моль;

Средняя молярная масса жидкости на линии питания:

MF = Mацетона xт:п: + Mбензола (1 xт:п:) =

= 58 0:37805 + 78 (1 0:37805) = 70:439 г=моль; (3.20)

Средняя молярная масса жидкости в нижней части колонны:

Mниз: = Mацетона cср: низ: + Mбензола (1 xср: низ:) =

(1 0:1973) = 74:05 г=моль; (3.21)

= 58 0:1973 + 78

Средняя массовая нагрузка по жидкости для верхней части колонны:

 

 

R

Mверх:

= 1:15 3:75

64:37

 

= 4:76 кг=с;

(3.22)

Lверх: = P

 

 

 

MP

58:298

Средняя массовая нагрузка по жидкости для нижней части колонны:

 

 

R

Mниз:

 

(1 ')

Mниз:

 

 

 

 

 

 

Lниз: = P

 

+ F

 

 

=

 

 

 

 

 

MP

MF

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

74:05

 

 

74:05

 

= 8:568 кг=с: (3.23)

 

 

 

 

 

= 1:15 3:75

 

 

+ 3:5 (1 0:16)

 

 

 

 

 

 

 

58:298

70:439

Вязкость смеси:

lg смеси = xацетона lg ацетона + xбензола lg бензола;

(3.24)

lg смеси верх: = 0:9851 lg 0:23523 10 3 + 0:0149 lg 0:405 10 3 =

= 0:62490; =) смеси верх: = 0:2371 10 3 Па с; (3.25)

lg смеси низ: = 0:0161 lg 0:20054 10 3 + 0:9839 lg 0:31733 10 3 =

= 0:501695; =) смеси низ: = 0:314995 0:315 10 3 Па с; (3.26)

6

Поверхностное натяжение смеси:

 

 

смеси = xацетона ацетона + xбензола бензола;

(3.27)

смеси верх: = 0:9851 19:025 10 3 + (1 0:9851) 24:125 10 3 = 19:1 10 3 Н =м;

(3.28)

смеси низ: = 0:0161 16:24 10 3 + (1 0:0161) 21:34 10 3 = 21:26 10 3 Н =м:

(3.29)

Плотность смеси:

 

1

 

 

 

 

 

xацетона

 

xбензола

 

 

 

 

 

 

 

 

=

+

;

(3.30)

 

 

 

 

 

 

 

смеси

ацетона

 

бензола

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для верхней части колонны:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

0:98

 

0:02

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

+

 

 

=) смеси = 751:6 кг=м3;

(3.31)

 

смеси

750

840

Для нижней части колонны:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

0:012

 

0:988

 

 

 

 

 

 

 

=

 

+

 

=) смеси = 814:1 кг=м3:

(3.32)

смеси

719:49

815:4

3.3Скорость пара и диаметр колонны

Диаметр колонны можно найти из этого соотношения:

d = s

 

 

4 G

(3.33)

 

! y

 

 

 

 

 

Для клапанных тарелок скорость паров можно расчитать по уравнению

!

 

1:85

 

 

G

 

g

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

2

;

(3.34)

Fc

 

S

y

По ГОСТ 16452–79 можно принять: массу клапана G = 0:04 кг, диаметр отверстия под клапаном равным 40 мм, а коэффициент сопротивления = 3. После краткого анализа таблицы (% ССЫЛКУ СЮДА!!! с.222) сделаем расчёт для тарелки со свободным сечением

Fc = 0:1323:

Для верха колонны:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

!верх:

 

1:85

 

0:04

4

 

2

9:81

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3.35)

 

 

 

 

=

 

 

2

;

0:1323

 

 

(0:04)

3 2:296

Отсюда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

!верх: = 1:s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0:1323

 

1:85

= 1:512 м=с;

(3.36)

 

(0:04)

2

3

2:296

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9:81

 

 

 

 

1

 

 

 

 

85

 

 

0:04 4

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dколонны = s

 

 

 

 

5:912

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

= 1:4725 м:

(3.37)

3:14

1:512

 

2:296

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

Для низа колонны:

!низ:

 

 

 

 

 

 

0:04

4

2

9:81

 

 

 

 

1:85

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

2

0:1323

 

 

 

(0:04)

3 2:542

Отсюда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

!низ: = 1:s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0:1323

 

= 1:431 м=с;

 

 

 

(0:04)

2

3

 

2:542

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

1:85

 

85

 

 

0:04 4

 

 

 

2

9:81

 

 

 

 

 

 

 

 

s

4 6:219

dколонны = 3:14 1:431 2:542 = 1:4754 м:

Итого выбираем колонну с d = 1600 мм.

(3.38)

(3.39)

(3.40)

Реальная скорость паров В колонне реальная скорость пара определяется вот так:

! =

4 G

 

;

(3.41)

d2

 

 

 

 

y

 

В верхней части колонны

 

 

 

 

 

!верх: =

4 5:912

 

= 1:281 м=с;

(3.42)

 

3:14 1:62 2:296

 

В нижней части колонны

 

 

 

 

 

!низ: =

 

4 6:219

= 1:217 м=с:

(3.43)

3:14

1:62 2:542

 

3.4Высота пены и светлого слоя жидкости на тарелке и паросодержание барботажного слоя

Высоту светлого слоя жидкости для клапанных тарелок находят по следующему уравнению:

h = 0:787 q0:2 hпер0:56: !Tm

1 0:31 e 0:11 x

 

воды

0:09

;

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L

 

 

 

 

 

 

 

Тут m = 0:05 4:6 hпер:, а q =

 

.

 

 

 

 

 

 

 

x b

 

 

 

 

 

 

 

Скорость пара в рабочем сечении тарелки:

 

 

 

 

 

 

 

!Т =

! 0:785 d2

:

 

 

 

 

 

 

ST

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

% ТРОЛОЛО, тут типа надо перечислить все характеристики тарелки :-) Пусть hпер: = 30 мм. Тогда m = 0:05 4:6 0:03 = 0:088. Паросодержание барботажного слоя " находят по формуле:

p

F r " = p

1 + F r

 

!2

 

где F r =

T

;

 

 

g h

Высота пены:

h

hпены = 1 ":

(3.44)

(3.45)

(3.46)

(3.47)

8

ТРОЛОЛО Для верха колонны:

 

 

 

 

 

 

 

!Т верх: =

1:281 0:785 1:62

= 1:751 м=с;

(3.48)

 

 

 

1:47

 

 

 

 

 

 

h = 0:787

4:76

!0:2

0:030:56 1:751 0:088

 

 

 

 

 

751:6 1:26

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0:09

 

 

 

 

 

 

 

19:1 10 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 0:31 e 0:11 0:2371

 

 

= 0:02275 м; (3.49)

 

 

66:76 10 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1:7512

F rверх: = 9:81 0:02275 = 13:738; (3.50) p

 

13:738

 

 

(3.51)

"верх: =

1 + p

 

 

= 0:7875;

13:738

 

0:02275

= 0:107 м:

(3.52)

hпены =

 

1 0:7875

ТРОЛОЛО Для низа колонны:

!Т низ: = 1:217 0:785 1:62 = 1:664 м=с; (3.53) 1:47

h = 0:787 8148:1 1:26!

0:2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0:030:56 1:664 0:088

 

 

 

 

:568

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21:26 10 3

 

0:09

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 0:31 e 0:11 0:315

62:67

 

= 0:0258 м: (3.54)

 

 

 

10 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т. е. принимаем высоту переливной перегородки равной 30 мм.

 

 

 

 

 

 

1:6642

 

 

 

 

 

 

 

(3.55)

 

 

 

F rниз: =

 

 

 

 

 

 

= 10:940;

 

 

 

 

 

9:81 0:0258

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10:940

 

 

 

 

(3.56)

 

 

 

"низ: =

1 + p

 

 

 

= 0:7679;

 

 

 

 

 

10:940

 

 

 

 

 

 

 

0:0258

 

= 0:111 м:

 

 

(3.57)

 

 

 

hпены =

 

 

 

 

 

 

1 0:7679

 

 

3.5Выбор межтарельчатого расстояния

Расстояние между тарелками принимают равным или несколько большим суммы высот пены (барботажного слоя) и сепарационного пространства:

h > hпены + hсепарационного пространства;

(3.58)

9

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]