Министерство Высшего и среднего специального образования Российской Федерации
Нижегородский Государственный Технический Университет
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к курсовой работе по дисциплине
“ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ”
Тема: РАСЧЁТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЫ НАСАДОЧНОГО ТИПА
Задание №8
Руководитель
Епифанова В. С.
Студент
Декабрьский В.В.
Нижний Новгород
2008 г.
СОДЕРЖАНИЕ
Задание
1. Материальный баланс
2. Определение скорости пара и диаметра колонны
3. Расчёт высоты насадки
4. Расчёт гидравлического сопротивления насадки
Задание:
Рассчитать и спроектировать колонну ректификации для разделения смеси этанол-вода, поступающей в количестве 10 тонн в час. Состав исходной смеси 40 % массовых этанола и 60 % массовых воды, кубовый остаток содержит 1 % массовых этанола, дистиллят- 94 %. Ректификация производится при атмосферном давлении. Нагрев производится водяным паром р = 3 атм. Тип колонны- насадочная.
I. Материальный баланс
Обозначим массовый расход дистиллята через GP кг/ч, кубового остатка через GW кг/ч.
Из уравнений материального баланса ректификационной колонны непрерывного действия
F = P + W ; F xF = P xP + W xW, находим
P + W = 10000 кг/ч
P х 0,94 + W * 0,01 = 10000 х 0,4
W = 5806,44 кг/ч
P = 4193,56
Для дальнейших расчётов выразим концентрации питания, дистиллята и кубового остатка в мольных долях.
Питание:
ХF = _ хF / Мэ____ = 40/46,07 = 0,868 = 0,148
хF + 100 - хF 40 + 90 0,868 +5
Mэ M в 46,07 18
Дистиллят:
xP = xP/ Мэ = 94/46,07 = 2,04 = 0,86
хP + 100 – хP 94 + 90 2,04+0,333
Mэ М в 46,07 18
Кубовый остаток:
xW = хW /Мэ = 1/46,07 = 0,022 = 0,004
хW + 100 – хW 1 + 99 0,022+5,5
Мэ Мв 46,07 18
Относительный мольный расход питания:
F = xP - xW = 0,86 – 0,004 = 0,856 =5,944
xF - xW 0,148 – 0,004 0,144
Откуда находим
W =
P = F – W = 5.944-4.921 = 1.023
Определяем минимальное число флегмы по уравнению:
Rмин = xP - y*F = 0,86 - 0,33 = 2,912
y*F - xF 0,33 - 0,148
где y*F = 0,33 – мольную долю бензола в паре, равновесном с жидкостью питания, определяем по диаграмме y* - x. (рис.1)
Определяем число флегмы по уравнению:
R= 1,3 Rмин + 0,3 = 1,3 х 2,912 + 0,3 =4,086
Уравнение рабочих линий:
а) верхней (укрепляющей части колонны)
y =
y = 0.803x + 0.169
б) нижней (исчерпывающей) части колонны:
y =
y = 1,972x – 0,004
II. Расчёт скорости пара и диаметра колонны
Средние концентрации жидкости:
а) в верхней части колонны
x' ср = ( xF + xD) / 2 = (0,148 + 0,86) / 2 = 0,504
б) в нижней части колонны
x’’ср = (xF + xW ) / 2 = (0,148+0,004) / 2 = 0,076
Средние концентрации пара находим по уравнению рабочих линий:
а) в верхней части колонны
y’ср = 0,803 x’ср + 0,169 = 0,803 x 0,504 + 0,169 = 0,574
б) в нижней части колонны
y’’ср = 1,972 x’’ср - 0,004 = 1,972 х 0,076 – 0,004 = 0,146
Средние температуры пара определяем по диаграмме t – x,y
а) при y’ср = 0,574 t’ ср = 88 oС
б) при y’’ср = 0,146 t’’ср = 97 oС
Средние мольные массы и плотности пара:
а) М’ср = y’ср х Мэ + (1- y’ср ) Мв = 0,574 х 46,07 + 0,426 х 18 = 32,55 кг/кмоль
’ср = M’ср х Tо = 32,55 х 273 = 1,1 кг/м3
22,4 х T’ср 22,4 х 361
б) М’’ср = y’’ср х Мэ + (1- y’’ср ) Мв = 0,146 х 46,07 + 0,854 х 18 = 22,1 кг/кмоль
’’ср = М’’ср х Tо = 22,1 х 273 = 0,73 кг/м3
22,4 х T’’ср 22,4 х 370
Средняя плотность пара в колонне:
п(’ср+’’ср ) / 2 = (1,1 + 0,73) / 2 = 0,915 кг/м3
Средние мольные массы жидкости:
а) М’ср = x’ср х Мэ + (1- x’ср ) Мв = 0,504 х 46,07 + 0,496 х 18 = 32,15 кг/кмоль
б) М’’ср = x’’ср х Мэ + (1- x’’ср ) Мв = 0,076 х 46,07 + 0,924 х 18 = 20,13 кг/кмоль
Температура в верху колонны при yP = 0,86 равняется 83 oС, а в кубе-испарителе при хW = 0,004 она равна 99 oС
Плотность жидкого этанола при 83oС э = 732 кг/м3, а воды в = 959 кг/м3 при 99 oС .
Принимаем среднюю плотность жидкости в колонне
ж= (732 + 959) / 2 = 845,5 кг/м3 .
Средние массовые расходы (нагрузки) по жидкости:
MP = 46.07*0.86+18(1-0.86) = 42.14
MF = 46.07*0.148+18(1-0.148) = 22.15
Средние массовые потоки пара:
кг/с
кг/с
Выбор рабочей скорости паров обусловлен многими факторами и обычно осуществляется путем технико-экономического расчета для каждого конкретного процесса. ............
