МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«МИРЭА – Российский технологический университет»

РТУ МИРЭА

Институт тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова

(наименование Института)

Кафедра процессов и аппаратов химической технологии

(наименование кафедры)

Домашнее задание на тему:

Расчет тарельчатых колонных аппаратов

Вариант 23

Работу выполнила

Студентка группы

Руководитель работы

Кузнецова Наталья Анатольевна

Москва, 2019

Дано:

Рассчитать процесс непрерывной ректификации бинарной системы этанол-вода, поступающей в количестве W₁=2500 кг/ч с концентрацией а₁=20%. Необходимо получить продукт с концентрацией a₂=95% и кубовой остаток с концентрацией a₀=1%. Коэффициент избытка флегмы σ=2,2. КПД тарелки η=0,65. Давление греющего пара, обогревающего куб колонны, P_гр=4 атм.

В ходе расчетов было установлено, что значение точки х₂ лежит крайне близко к азеотропной точке (при a₂=95% x₂=0,881, азеотропная точка при х=0,894), что затрудняет определение количества ректификационных тарелок по графику. Поэтому изменим значение а₂ с 95% на 85%.

Определить:

• число действительных и теоретических тарелок;

• диаметр колонны;

• расходы тепла и греющего пара в кубе, охлаждающей воды в конденсаторе;

• определить поверхность теплообмена конденсатора.

Описание технологической схемы ректификационной установки

В куб внизу колонны заливается бинарная жидкость с содержанием низкокипящего компонента (НКК) концентрации а₁, нагревается и испаряется. Пары, обогащенные НКК, состава y поднимаются вверх, выходят из колонны и полностью конденсируются в конденсаторе до состояния кипящей жидкости. Она возвращается в колонну, стекает вниз и контактирует с восходящим потоком пара.

Рисунок 1.1. Схема ректификационной установки

1-ректификационная колонна, 2-обогревающее устройство, 3-конденсатор

1. Подбор данных по равновесию и построение диаграмм фазового равновесия Y=f(X) и t=f(X,Y).

t	х	у
78,4	1	1
78,4	0,9	0,898
78,45	0,894	0,894
78,6	0,8	0,818
79	0,7	0,753
79,4	0,6	0,699
80	0,5	0,654
80,8	0,4	0,614
81,7	0,3	0,576
83,2	0,2	0,531
86,5	0,1	0,442
90,5	0,05	0,332
100	0	0

График 1.

График 2.

2. Пересчет массовых концентраций в мольные

3. Расчет флегмового числа

   1. Минимальное флегмовое число

2. Действительное флегмовое число

4. Определение числа теоретических и действительных тарелок

5. Определение рабочей высоты колонны

где h=0,2-0,6 м – межтарельчатое расстояние

6. Определение потоков в колонне

6.1 Поток в кубе:

6.2 Поток в дистилляте:

Проверка:

- верно

7. Расчёт диаметров укрепляющей и отгоняющей колонны

Для решения необходимы равновесные данные для всех концентраций. Сведем их все в таблицу:

	a	x	y	t
1	0,20	0,089	0,428	87
2	0,85	0,689	0,758	79,1
0	0,01	0,004	0,03	99,2

1. Расчет диаметра колонны в укрепляющей части:

Плотности этанола и воды при t₂=79,1°С находим из справочных данных:

ρ_{этанола­}=721 кг/м³; ρ_воды­=972,3 кг/м³

2. Расчет диаметра колонны в отгонной части:

Плотности этанола и воды при t₀=99,2 °С находим из справочных данных:

Ρ_{этанола­}=697 кг/м³; ρ_воды­=959,2 кг/м³

Тепловой расчет

8. Расчет расхода тепла в кубе и конденсаторе

   1. Расход тепла в кубе

Справочные данные:

С_а=2,39 кДж/кг*К

С­_b=4,187 кДж/кг*К

r_a=840 кДж/кг

r_b=2257 кДж/кг

2. Расход тепла в конденсаторе

9. Расчет расхода греющего пара и охлаждающей воды

   1. Расход греющего пара

r_гп=2134 кДж/кг (при Р_гп=4 атм)

2. Расход охлаждающей воды

С_в - теплоемкость воды при t=19° (средняя температура в конденсаторе)

10. Расчет поверхности теплообмена куба

K=950 Вт/м²К

Список литературы

1. Схемы химико-технологических процессов [Носов Г.А. и др.], - M.: ИПЦ МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2012.

2. Общий курс процессов и аппаратов химической технологии. В 2-х книгах. Книга 1. [Айнштейн В.Г и др.] – М.: Логос, 2006.

3. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии / Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А., Л., Химия, 1987.

4. [Электронный ресурс]: http://www.fptl.ru/spravo4nik/plotnost-rastvoritelej-ot-temperaturi.html

5. [Электронный ресурс]: http://thermalinfo.ru/svojstva-zhidkostej/voda-i-rastvory/teplota-paroobrazovaniya-vody-i-temperatura-kipeniya-vody-v-zavisimosti-ot-davleniya

6. [Электронный ресурс]: http://thermalinfo.ru/svojstva-zhidkostej/voda-i-rastvory/teploprovodnost-i-plotnost-vody-teplofizicheskie-svojstva-vody-h2o