Содержание

Данные для  задания………………………………………………………………3

1. Материальный  баланс…………………………………………………………5

     1.1 Массовый расход………………………………………………………5

     1.2 Мольный расход……………………………………………………….6

     1.3 Мольные доли компонентов в смеси………………………………...6

2. Определение  числа теоретических тарелок…………………………………8

3. Определения температур верха и низа колонны……………………………10

4. Тепловой баланс колонны……………………………………………………11

5.Гидравлический  расчет……………………………………………………….13

     5.1Определение  диаметра колонны……………………………………..13

     5.2 Расчет гидравлического сопротивления  тарелки………………...…14

     5.3Давление в внизу, вверху и в зоне питания колонны ……………...16

6. Определение  высоты колонны……………………………………………….17

7. Выбор опоры  колонны………………………………………………………..18

8. Определение  диаметров штуцеров…………………………………………..18

9 Определение толщины тепловой изоляции колонны ……………………...21.

10. Определение площади поверхности теплопередачи кипятильника дефлегматора …………………………………………………………………...22

Список использованных источников…………………………………………...24 

 

Данные  для задания

Вариант №2.

новРис.1 Зависимость температуры компонента от концентрации

 
Рис.2 диаграмма фазового равновесия

Необходимо  рассчитать:

1. Материальный  баланс колонны;

2. рабочие параметры  процесса – температуру и давление в колонне;

3. число теоретических  и реальных тарелок в колонне;

4. гидравлическое  сопротивление тарелки и колонны;

5. геометрические  размеры аппарата и отдельных  элементов конструкции  (диаметр  и высоту колонны, расстояние между  тарелками, диаметр     штуцеров и т.д.);

6. Тепловой  баланс колонны.

 

1. Материальный  баланс колонны

1. Массовый  расход

   Массовый  расход получаемых дистиллята и кубового остатка определяется из уравнения материального баланса колонны по  низкокипящему компоненту:

     После определения массового расхода  дистиллята и кубовой жидкости находится массовый расход каждого компонента в дистилляте и кубовом продукте , мольный расход компонентов в продуктах разделения смеси и , а также мольный состав получаемых дистиллята   и остатка . Для составления материального баланса используются следующие соотношения:

G_нк.кF= кг/ч;

G_нк.кD= кг/ч;

G_нк.к = кг/ч;

G_вк.кF = кг/ч;

G_вк.кD = кг/ч;

G_вк.к = кг/ч.

Проверка:   

G_iF = G_iD + G_i

,

4590. =533,8 + 56,2

5610=45,8+5564,2 
 
 
 
 

2. Мольный расход

     Мольные расходы этилового спирта и воды в сырье, дистилляте и кубовом  продукте рассчитываются по формулам:

N_нк.кF =

= 58,77кмоль/ч;

N_нк.кD =

= 58,05кмоль/ч;

N_нк.к

= = 0,72кмоль/ч;  
 

N_вк.кF =

= 61кмоль/ч;

N_вк.кD =

= 0,5кмоль/ч;

N_вк.к

= = 60,5кмоль/ч. 

               Проверка:

N_iF = N_iD + N_i

,

58,77 =58,05 + 0,72

61 = 0,5 +60,05 
 

3. Мольные доли компонентов в смеси

      Мольные доли этилового спирта и воды в  сырье, дистилляте и кубовой жидкости определяются по формулам:

x_нк.кF =

  = 0,491x_вк.кF = = 0,509;

x_нк.кD =

= 0,991;x_вк.кD = = 0,009;

x_нк.к

= = 0,012;x_вк.к = = 0,988. 

           Проверка: 

= = = 1,0,

0,491+ 0,509 = 1,0,

0,991 + 0,0,009 = 1,0,

0,012 + 0,988 = 1,0.

      Материальный  баланс колонны представлен в  табл.1.

 

 

 

Материальный  баланс колонны. 

      Таблица 1.

 

 

 

3. Определение числа теоретических  тарелок

Минимальное флегмовое число  рассчитывается по уравнению: 

.

      Концентрация  низкокипящего компонента в паре определяется по рис.2, исходя из .

      Для определения оптимального флегмового числа  находится минимум функции . Для этого принимается несколько значений коэффициента избытка флегмы , для каждого значения вычисляется флегмовое число ; на диаграмму y-x наносятся рабочие линии верхней и нижней частей колонны и графически определяется число теоретических тарелок в колонне .

Расчет  оптимального флегмового числа показан  в табл. 2.3.

     По  данным табл. 2.3 находится значение оптимального флегмового числа 

     Число теоретических тарелок в верхней  части колонны  (не считать ступень, огибающую точку Д). В нижней части колонны с учетом того, что роль одной тарелки выполняет кипятильник, число теоретических тарелок

 

4. Определения температур верха  и низа колонны

   Средние мольные и массовые концентрации низкокипящего компонента в флегме верхнй и нижней частях колонны:

.

      Средние мольные концентрации НКК в паре:

-для верхней   части колонны:

-для нижней  части колонны:

      Средние температуры пара в концентрационной части и отгонной части колонны  определяются из средних концентраций пара у_В и у_Н[2]:

t_В=86°С при у_В=0,823; t_Н=103°С при у_Н=0,332.

 

4. Тепловой баланс колонны

      Принимаем температуру холодного испаряющегося  орошения  .

Тепловой  поток, отводимый водой в дефлегматоре, рассчитывается по уравнению (45); при  этом средние значения удельной теплоты  испарения   и удельной теплоемкости   находятся по правилу аддитивности:

кДж/кг;

 кДж/(кг*К);

 кВт.

  С учетом тепловых потерь, принятых равными 5 % от полезно используемого расхода  теплоты, тепловой поток в кипятильнике составит (уравнения (43), (47 

                  

               кДж/кг;

               кДж/кг;

               кДж/кг.

               ;

КВт

В качестве теплоносителя  в кипятильнике колонны принимаем  насыщенный водяной пар с абсолютным давлением 0,294 МПа (3 атм) и степенью сухости Такой пар имеет температуру 132,9 0С, энтальпию I=2730 КДж/кг; энтальпия конденсатаI=558.9 КДж/кг [7, с. 533]. Расход водяного пара   в кипятильнике колонны согласно уравнению (48) составит:

                кг/с 
 

  Принимаем, что вода в дефлегматоре нагревается  от до . Тогда расход воды в дефлегматоре (уравнение (49))

                кг/с

      Массовый  расход холодного испаряющегося  орошения gx рассчитывается из уравнения (46):

               g_x= кг/ч