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 15

Работу выполнила

Студентка группы

Руководитель работы

Москва, 2019

Дано:

Рассчитать процесс непрерывной ректификации бинарной системы метанол-вода, поступающей в количестве W₁=3000 кг/ч с концентрацией а₁=37,5%. Необходимо получить продукт с концентрацией a₂=98% и кубовой остаток с концентрацией a₀=1%. Коэффициент избытка флегмы σ=3. КПД тарелки η=0,65. Давление греющего пара, обогревающего куб колонны, P_гр=4 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-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
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	0,375	0,252	0,63	79,5
2	0,98	0,965	0,985	65
0	0,01	0,006	0,03	99,2

1. Расчет диаметра колонны в укрепляющей части:

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

ρ_{метанола­}=736 кг/м³; ρ_воды­=980,6 кг/м³

2. Расчет диаметра колонны в отгонной части:

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

ρ_{метанола­}=693 кг/м³; ρ_воды­=959 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 = 2133,8 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 кипения

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