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 7

Работу выполнила

Студентка группы

Руководитель работы

Москва, 2019

Дано:

Рассчитать процесс непрерывной ректификации бинарной системы ацетон-вода, поступающей в количестве W₁=5000 кг/ч с концентрацией а₁=35%. Необходимо получить продукт с концентрацией a₂=97% и кубовой остаток с концентрацией a₀=3%. Коэффициент избытка флегмы σ=2,75. КПД тарелки η=0,65. Давление греющего пара, обогревающего куб колонны, P_гр=5 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
56,9	1	1
57,5	0,9	0,943
58,2	0,8	0,904
59	0,7	0,882
59,8	0,6	0,869
60,7	0,5	0,855
61,6	0,4	0,842
62,6	0,3	0,827
64,5	0,2	0,803
69,6	0,1	0,72
77,9	0,05	0,603
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	0,35	0,143	0,72	66,7
2	0,97	0,909	0,859	57,4
0	0,03	0,01	0,13	95

1. Расчет диаметра колонны в укрепляющей части:

Плотности ацетона и воды при t₂=57,4°С находим из справочных данных:

ρ_{ацетона­}=744 кг/м³; ρ_воды­=984,5 кг/м³

2. Расчет диаметра колонны в отгонной части:

Плотности ацетона и воды при t₀=95°С находим из справочных данных:

ρ_{ацетона­}=697 кг/м³; ρ_воды­=961,9 кг/м³

Тепловой расчет

8. Расчет расхода тепла в кубе и конденсаторе

   1. Расход тепла в кубе

Справочные данные:

С_а= 2,22 кДж/кг*К

С­_b= 4,187 кДж/кг*К

r_a= 525 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 = 2108,4 кДж/кг (при Р_гп = 5 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

, где T_п – температура кипения воды при P_гп=5 атм.