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 13

Работу выполнила

Студентка группы

Руководитель работы

Кузнецова Наталья Анатольевна

Москва, 2019

Дано:

Рассчитать процесс непрерывной ректификации бинарной системы метанол-вода, поступающей в количестве W₁=1000 кг/ч с концентрацией а₁=30%. Необходимо получить продукт с концентрацией a₂=95% и кубовой остаток с концентрацией a₀=0,5%. Коэффициент избытка флегмы σ=2,2. КПД тарелки η=0,65. Давление греющего пара, обогревающего куб колонны, P_гр=2 атм.

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-обогревающее устройство, 2-ректификационная колонна, 3-конденсатор, 4-холодильник дистиллята, 5-сборник

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

t	х	у
64,5	1	1
66	0,9	0,958
67,6	0,8	0,915
69,3	0,7	0,87
71,2	0,6	0,825
73,1	0,5	0,779
75,3	0,4	0,729
78	0,3	0,665
81,7	0,2	0,579
87,7	0,1	0,418
92,3	0,05	0,268
100	0	0

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

   1. Поток в кубе:

2. Поток в дистилляте:

3. 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	0,3	0,194	0,57	82
2	0,95	0,914	0,962	65,8
0	0,005	0,003	0,01	99

1. Расчет диаметра колонны в укрепляющей части:

Плотности метанола и воды при t₂=65,8°С находим из справочных данных:

ρ_{метанола­}=735 кг/м³; ρ_воды­=980,3 кг/м³

2. Расчет диаметра колонны в отгонной части:

Плотности метанола и воды при t₀=99°С находим из справочных данных:

ρ_{метанола­}=693 кг/м³; ρ_воды­=959,1 кг/м³

Тепловой расчет

8. Расчет расхода тепла в кубе и конденсаторе

   1. Расход тепла в кубе

Справочные данные:

С_а= 2,47 кДж/кг*К

С­_b= 4,187 кДж/кг*К

r_a= 1100 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 = 2022,2 кДж/кг (при Р_гп = 2 атм)

2. Расход охлаждающей воды

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

10. Расчет поверхности теплообмена кипения

K=950 Вт/м²К