- •1. Автоматизация проектирования ректификационной установки
- •1.1. Описание процессов тепло- и массобмена в установке
- •1.2. Методика расчета ректификационной колонны
- •1.2.1. Общие положения
- •1.2.2. Способы выражения составов фаз
- •1.2.3. Материальный баланс процесса ректификации
- •1.2.4. Построение кривой равновесия, рабочих линий процесса, определения теоретического числа тарелок
- •1.2.5. Определение основных конструктивных размеров ректификационной колонны
- •6.2.6. Расчет гидравлического сопротивления колонны
- •1.2.7. Расчет теплового баланса колонны
- •1.3. Применение эвм при проектировании ректификационных установок
- •1.3.1. Общие сведения о программе
- •1.3.2. Пояснение к блок-схеме
- •Варианты исходных данных для лабораторной работы № 3 «Тепловой и конструктивный расчет ректификационной установки непрерывного действия»
1.2.7. Расчет теплового баланса колонны
Тепловой баланс составляется для того, чтобы определить расход греющего пара на процесс ректификации (на подогрев смеси в теплообменнике и на испарение в колонне).
По фазовой диаграмме находятся температуры кипения исходной смеси Tf, дистиллята td и кубового остатка tw.
Приход тепла:
– с исходной смесью
, кВт (ккал/ч); |
(1.13) |
– с греющим паром
, кВт (ккал/ч); |
(1.14) |
– с флегмой
, кВт (ккал/ч). |
(1.15) |
На подогрев исходной смеси от первоначальной температуры до температуры кипения tф
, кВт (ккал/ч). |
(1.16) |
В уравнениях (1.13–1.16) используются следующие обозначения:
G1, Gф, D – соответственно расходы исходной смеси, флегмы и греющего пара, кг/ч;
с1, сф – удельные массовые теплоемкости соответственно исходной смеси и флегмы, кДж/(кг С) (ккал/(кг С));
i, iк – соответственно энтальпии насыщенного пара и его конденсата, кДж/кг (ккал/кг);
t1, tд, tнач – соответственно температуры кипения исходной смеси, дистиллята и начальная температура исходной смеси, С.
Расход тепла:
– с парами, поднимающимися с верхней тарелки в дефлегматор
, кВт (ккал/ч); |
(1.17) |
– с кубовым остатком
, кВт (ккал/ч). |
(1.18) |
В уравнениях (1.17 – 1.18) приняты следующие обозначения:
сп, сф – соответственно теплоемкость поднимающихся паров и кубового остатка.
Расход охлаждающей воды в дефлегматоре
, (кг/ч),
(1.19)
Расход охлаждающей воды в конденсаторе
, (кг/ч). |
(1.20) |
В уравнениях (1.19–1.20) используются следующие обозначения:
Ra, Rb – теплоты парообразования низкокипящего и высококипящего компонентов;
Аd, Bd – соответственно массовые концентрации низкокипящего и высококипящего компонентов в дистилляте;
cа, сb – удельные теплоемкости низкокипящего и высококипящего компонентов разгоняемой смеси;
своды – теплоемкость воды;
– температуры охлаждающей воды на входе и на выходе дефлегматора или конденсатора;
– соответственно температуры кипения и конденсации готового продукта (дистиллята).
1.3. Применение эвм при проектировании ректификационных установок
1.3.1. Общие сведения о программе
Язык программирования – Паскаль.
Назначение программы – тепловой и гидравлический расчет колонны, определение основных конструктивных размеров ректификационной колонны.
На рис. 1.8 показана блок-схема программы расчета ректификационной установки, реализующая изложенную выше методику расчета.
Для решения поставленной задачи необходимо выполнить большой объем вычислительной работы, используя в качестве исходных данных обширный объем информации. Для решения больших задач целесообразно использовать модульный принцип программирования.
Графо-аналитический метод расчета бинарной ректификационной установки можно представить в виде следующего алгоритма:
Рассчитать материальный баланс (расходные характеристики Gd, Gw).
Построить кривую равновесия разгоняемой смеси в диаграмме равновесия.
Построить процесс ректификации в диаграмме равновесия.
Определить теоретическое и действительное число тарелок.
Определить конструктивные характеристики колонны и ее элементов.
Рассчитать гидравлическое сопротивление колонны.
Свести тепловой баланс установки.
Применение ЭВМ при проектировании ректификационных колонн для различных исходных условий работы в значительной мере повышает производительность труда проектировщика, сокращает сроки проектирования.
При автоматизации проектирования ректификационной установки необходимо решить вопросы, связанные с подготовкой и вводом массивов сходной информации и формализацией графо-аналитического метода построения ректификационного процесса.
Рис. 6.8. Блок-схема программы «Расчет ректификационной установки»