Расчёт ректификационной колонны
Расчёт ректификационной колонны
Контрольная работа по дисциплине
«Технологические процессы и производства»
ЯГТУ 220200.62-30 к/р
Работу выполнил
студент гр. ДСА-24
Д. А. Секретарёв
06.05.2014
Содержание
1 Задание на расчёт ректификационной колонны 3
2 Расчёт ректификацинонной колонны 5
Список используемой литературы 13
Задание на расчёт ректификационной колонны
Задание №30
Требуется разделить методом ректификацииGF кг/ч бинарной смесиА, содержащей 
% массовых низкокипящего компонента. Содержание низкокипящего компонента в дистилляте 
% массовых, в кубовом остатке 
% массовых. Коэффициент избытка флегмы . Исходная смесь поступает в колонну при температуре кипения, соответствующей её составу. Куб ректификационной колонны обогревается насыщенным водяным паром с давлением P атм. Коэффициент теплопередачи в кубе колонны K1 
; в конденсаторе K2 . Дистиллят и флегма уходят при температуре кипения. В конденсатор подается вода с начальной температурой tн ºС и конечной температурой tк ºС.
Рассчитать колонну непрерывного действия и определить:
1. Необходимое число ректификационных тарелок в колонне (КПД тарелки )
2. Диаметр и высоту колонны
3. Расход греющего пара в кипятильнике
4. Расход охлаждающей воды в конденсаторе
5. Поверхность теплообмена кипятильника и конденсатора
| № | Исходная смесьА | GF | 
|
|
| P | K1 | K2 | tн | tк | ||
| Метанол – этанол | 1,5 | 0,5 |
СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ ПО РАВНОВЕСИЮ
МЕЖДУ ЖИДКОСТЬЮ И ПАРОМ
МЕТИЛОВЫМ СПИРТ – ЭТИЛОВЫЙ СПИРТ
| % (мол) метилового спирта | t, ºС | Р, мм рт. ст. | |
| в жидкости | в паре | ||
| 0,0 | 0,0 | 78,3 | |
| 13,4 | 18,3 | 76,6 | |
| 24,2 | 32,6 | 75,0 | |
| 32,0 | 42,8 | 73,6 | |
| 40,1 | 52,9 | 72,3 | |
| 43,5 | 56,6 | 71,7 | |
| 54,2 | 67,6 | 70,0 | |
| 65,2 | 75,9 | 68,6 | |
| 72,8 | 81,3 | 67,7 | |
| 79,0 | 85,8 | 66,9 | |
| 81,4 | 87,5 | 66,6 | |
| 87,3 | 91,9 | 65,8 | |
| 91,0 | 93,7 | 65,6 | |
| 100,0 | 100,0 | 64,6 |
Расчёт ректификационной колонны
1. Материальный баланс.
Обозначим массовый расход дистиллята через GD кг/ч, кубового остатка через GW кг/ч.
Уравнение материального баланса:
GD+GW= GF
GD+GW=3500 кг/ч
GD +GW = GF
GD0,98+GW0,05= 35000,20
35000,20=GD0,98+(3500-GD)0,05
35000,20=GD0,98+175-GD0,05
700-175= GD(0,98-0,05)
525=GD(0,98-0,05)
GD=525/0,93=565кг/ч
GW=GF-GD
GW=3500-565=2935кг/ч
НаходимGD=565кг/ч , GW=2935кг/ч
Выразим концентрации питания, дистиллята и кубового осадка в мольных долях:
где - 
молекулярная масса метанола ( 
)
- молекулярная масса этанола 
Относительный мольный расход питания:
Минимальное число флегмы:
Рабочее число флегмы:
1.56.934+0.3=10.701
Уравнения рабочих линий:
а) верхней (укрепляющей) части колонны
б) нижней (исчерпывающей) части колонны
2. Определение числа тарелок, диаметра и высоты колонны.
Рис.1 Определение числа ступеней изменения концентрации по диаграмме y*-x: 1-линия равновесия; 2-рабочая линия для укрепляющей части колонны; СВ-рабочая линия для исчерпывающей части колонны; АСВ- рабочая линия процесса ректификации.
По диаграмме y*-x находим число ступеней изменения концентрации:
в верхней части колонны nт 16, в нижней части nт8, всего 24 стуненей.
Действительное число тарелок расчитываем по уравнению:
а) для верхней части колонны:
б) для нижней части колонны:
Общее число тарелок принимаем 
.
Высота рабочей части колонны:
где 
– расстояние между тарелками принимается 0,3м.
Средние концентрации жидкости:
а)в верхней части колонны
б) в нижней части колонны
Средние концентрации пара находим по уравнениям рабочих линий:
а) вверхней части колонны
а) в нижней части колонны
Средние температуры пара определяем по диаграмме t-x,y:
а) при 
б) при 
Средние мольные массы и плотности пара:
а) 
б) 
Средняя плотность пара в колонне:
Температура вверху колонны при 
равняется 65,10С, а в кубе- испарителе при 
она равна 77,40С.
Плотность метанола при 65,10С 
, плотность этанола при 77,40С 
Средняя плотность жидкости в колонне:
Скорость пара в колонне:
где С- справочный коэффициент для ситчатых тарелок при 
м.
Рис. 2 Диаграмма t-x,y: 1-температура паровой смеси; 2-температура жидкой смеси.
Средняя температура в колонне:
)/2=(70,3+75,9)/273,10C
Объёмный расход проходящего через колонну пара:
где 
-мольная доля дистиллята:
Диаметр колонны:
По каталогу-справочнику «Колонные аппараты» выбираем D=1700 мм, тогда скорость пара в колонне будет:
3. Тепловой расчет установки.
Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре-конденсаторе:
где
– удельные теплоты конденсации метанола и этанола при 65,10С
Расход теплоты, получаемой в кубе-испарителе от греющего пара:
Тепловые потери приняты в размере 3 
от полезно затрачиваемой теплоты, удельные теплоемкости 
взяты при температуре 65,10С и 77,40С соответственно, температура кипения исходной смеси 
74,60С определена по рисунку 2.
Расход теплоты в паровом подогревателе исходной смеси:
Здесь тепловые потери приняты в размере 5%, удельная теплоёмкость исходной смеси 
взята при средней температуре (74,6+9,5)/2420С
Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике дистиллята:
где удельная теплоемкость дистиллята 
взята при средней температуре (65,1+12,3)/2390С
Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике кубового остатка:
где удельная теплоемкость кубового остатка 
взята при средней температуре (77,4+12,3)/2450С
Расход греющего пара, имеющего давление рабс=5атм и влажностью 0%
а) в кубе-испарителе:
где 
=2117103 Дж/кг удельная теплота конденсации греющего пара при рабс=5атм и влажностью 0%.
б) в подогревателе исходной смеси:
Всего: 0,97+0,08=1,05 
Расход охлаждающей воды при нагреве её на 200С:
а) в дефлегматоре:
б) в водяном холодильнике дистиллята:
в) в водяном холодильнике кубового остатка:
Всего: 
4. Расчет поверхностей теплообмена:
а) кипятильника
где
–температура конденсации насыщенного водяного пара при рабс= 5атм
б)конденсатора
Список используемой литературы
1 К.Ф.Павлов, П.Г.Романков, А.А.Носов. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии.