Project

Российский химико–технологический университет им. Д. И. Менделеева

Кафедра процессов и аппаратов химической технологии

Курсовая работа

Расчёт ректификационной установки

Выполнил: студент гр. И–43 Мурылёв Н. А. Проверил преподаватель: Кабанов О. В.

Москва 2012

Оглавление

1	Введение		2
2	Обозначения		3
3	Расчёт Ректификационное трололо (мб убрать? Всё равно надо это при-
	чесать!)		4
	3.1	Материальный баланс колонны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	4
	3.2	Расчёт средних массовых расходов (или как это обозначить?) . . . . . . . . .	4
	3.3	Скорость пара и диаметр колонны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	7

3.4Высота пены и светлого слоя жидкости на тарелке и паросодержание барботажного слоя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

3.5Выбор межтарельчатого расстояния . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

3.6 Расчёт коэффициентов массопередачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

3.7Определение высоты колонны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

3.8Гидравлическое сопротивление колонны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

4 Тепловой расчёт (мб убрать? Всё равно надо это причесать!)

18

4.1Выбор материала, хардкор и сталь! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

4.2Расчёт подогревателя исходной смеси . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

4.2.1 Поверочный расчёт подогревателя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

4.3Расчёт кипятильника . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

4.3.1Поверочный расчёт кипятильника . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

4.4Расчёт дефлегматора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

4.4.1Поверочный расчёт дефлегматора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

4.5 Расчёт холодильника дистиллята . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

4.5.1 Поверочный расчёт холодильника . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

4.6Расчёт холодильника кубового остатка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

4.7Теплоизол . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

1

Глава 1

Введение

Тро–ло–ло, тут надо что–нибудь написать?

2

Глава 2

Обозначения

А тут надо что–нибудь?

3

Глава 3

Расчёт Ректификационное трололо (мб убрать? Всё равно надо это причесать!)

3.1Материальный баланс колонны

%тро–ло–ло, поехали! Пересчитаем массовые доли содержания ацетона в исходной смеси, ректификате и кубовом остатке в мольные:

xF

0:33

кмоль ацетона

Mацетона

xF =

=

58

= 0:3985

;

(3.1)

xF

+

1 xF

0:33

+

1 0:33

кмоль смеси

Mбензола

Mацетона

58

78

xP

0:98

кмоль ацетона

Mацетона

xP =

=

58

= 0:9851

;

(3.2)

xP

+

1 xP

0:98

+

1 0:98

кмоль смеси

Mбензола

Mацетона

58

78

xW

0:012

кмоль ацетона

Mацетона

58

(3.3)

xW =

=

= 0:0161

;

xW

+

1 xW

0:012

+

1 0:012

кмоль смеси

Mацетона

Mбензола

58

78

По условию ;

F = 3:5 кг=с

W =

	(xP xF )			3:5 (0:98 0:33)
F			=			= 2:35 кг=с;	(3.4)
				0:98 0:012
	xP xW
							(3.5)
P = F		W = 3:50 2:35 = 1:15 кг=с:

%дальше загонять всякую хрень про оптимальное флегмовое число.

3.2Расчёт средних массовых расходов (или как это обозначить?)

	Характеристики пара:
	Средний молярный состав пара в верхней части колонны:
		yP + yт:п:		0:9851 + 0:50585			(3.6)
	yср: верх: =		=			= 0:7455;
		2		2

4

По t –x–y диаграмме, tср		:верх: = 61:96 C;
Средний молярный состав пара в нижней части колонны:
		yW		+ yт:п:		0:0161 + 0:50585			(3.7)
	yср: низ: =				=			= 0:26098;
				2		2
По t –x–y диаграмме, tср		:низ: = 76:0 C;
Средняя молярная масса пара в верхней части колонны:
Mверх0	: = Mацетона yср: верх: + Mбензола (1 yср: верх:) =								(3.8)
				= 58 0:7455 + 78 (1 0:7455) = 63:09 г=моль;
Средняя молярная масса пара на линии питания:
MF0 = Mацетона yт:п: + Mбензола (1 yт:п:) =									(3.9)
				= 58 0:50585 + 78 (1 0:50585) = 67:88 г=моль;

Средняя молярная масса пара в нижней части колонны:

Mниз0	: = Mацетона yср: низ: + Mбензола (1 yср: низ:) =							(3.10)
			= 58 0:26098 + 78		(1 0:26098) = 72:78 г=моль;
Средняя массовая нагрузка по пару для верхней части колонны:
			M0		63:09
			верх:				= 5:912 кг=с;	(3.11)
	Gверх: = P (R + 1)			= 1:15 (3:75	+ 1)
			MP			58:298

Средняя массовая нагрузка по пару для нижней части колонны:

M0

M0

низ:

низ:

Gниз: = P (R + 1)

'

F

=

MP

MF

72:78

72:78

= 6:219 кг=с;

(3.12)

= 1:15 (3:75 + 1)

0:16 3:5

58:298

67:88

Плотность пара:

M0 T

=

;

(3.13)

Для верхней части колонны:

22:4 (T + t )

y верх: =

63:09 273

= 2:296 кг=м3;

(3.14)

22:4 (273 + 61:96)

Для нижней части колонны:

y низ: =

72:78 273

= 2:542 кг=м3:

(3.15)

22:4 (273 + 76)

Характеристики жидкости:

Молярная масса дистиллята равна:

MP = Mацетона xацетона + Mбензола (1 xацетона) =

= 58 0:9851 + 78 (1 0:9851) = 58:298 г=моль; (3.16)

5

Средний молярный состав жидкости в верхней части колонны:

			xP + xт:п:			0:9851 + 0:37805				(3.17)
xср: верх:	=				=				= 0:6816;
		2				2
По t –x–y диаграмме, tср	:верх: = 56:73 C;
Средний молярный состав жидкости в нижней части колонны:
		xW + xт:п:				0:0161 + 0:3785				(3.18)
xср: низ:	=				=			= 0:1973;
		2				2
По t –x–y диаграмме, tср	:низ: = 79:64 C;
Средняя молярная масса жидкости в верхней части колонны:
Mверх: = Mацетона xср: верх: + Mбензола (1 xср: верх:) =										(3.19)
			= 58 0:6816 + 78 (1 0:6816) = 64:37 г=моль;

Средняя молярная масса жидкости на линии питания:

MF = Mацетона xт:п: + Mбензола (1 xт:п:) =

= 58 0:37805 + 78 (1 0:37805) = 70:439 г=моль; (3.20)

Средняя молярная масса жидкости в нижней части колонны:

Mниз: = Mацетона cср: низ: + Mбензола (1 xср: низ:) =	(1 0:1973) = 74:05 г=моль; (3.21)
= 58 0:1973 + 78

Средняя массовая нагрузка по жидкости для верхней части колонны:

		R	Mверх:	= 1:15 3:75	64:37		= 4:76 кг=с;	(3.22)
Lверх: = P
			MP		58:298

Средняя массовая нагрузка по жидкости для нижней части колонны:

R

Mниз:

(1 ')

Mниз:

Lниз: = P

+ F

=

MP

MF

74:05

74:05

= 8:568 кг=с: (3.23)

= 1:15 3:75

+ 3:5 (1 0:16)

58:298

70:439

Вязкость смеси:

lg смеси = xацетона lg ацетона + xбензола lg бензола;

(3.24)

lg смеси верх: = 0:9851 lg 0:23523 10 3 + 0:0149 lg 0:405 10 3 =

= 0:62490; =) смеси верх: = 0:2371 10 3 Па с; (3.25)

lg смеси низ: = 0:0161 lg 0:20054 10 3 + 0:9839 lg 0:31733 10 3 =

= 0:501695; =) смеси низ: = 0:314995 0:315 10 3 Па с; (3.26)

6

Поверхностное натяжение смеси:

смеси = xацетона ацетона + xбензола бензола;

(3.27)

смеси верх: = 0:9851 19:025 10 3 + (1 0:9851) 24:125 10 3 = 19:1 10 3 Н =м;

(3.28)

смеси низ: = 0:0161 16:24 10 3 + (1 0:0161) 21:34 10 3 = 21:26 10 3 Н =м:

(3.29)

Плотность смеси:

1

xацетона

xбензола

=

+

;

(3.30)

смеси

ацетона

бензола

Для верхней части колонны:

1

0:98

0:02

=

+

=) смеси = 751:6 кг=м3;

(3.31)

смеси

750

840

Для нижней части колонны:

1

0:012

0:988

=

+

=) смеси = 814:1 кг=м3:

(3.32)

смеси

719:49

815:4

3.3Скорость пара и диаметр колонны

Диаметр колонны можно найти из этого соотношения:

d = s			4 G	(3.33)
			! y

Для клапанных тарелок скорость паров можно расчитать по уравнению

!			1:85			G		g
				=				2	;	(3.34)
	Fc				S			y

По ГОСТ 16452–79 можно принять: массу клапана G = 0:04 кг, диаметр отверстия под клапаном равным 40 мм, а коэффициент сопротивления = 3. После краткого анализа таблицы (% ССЫЛКУ СЮДА!!! с.222) сделаем расчёт для тарелки со свободным сечением

Fc = 0:1323:

Для верха колонны:

!верх:

1:85

0:04

4

2

9:81

(3.35)

=

2

;

0:1323

(0:04)

3 2:296

Отсюда

!верх: = 1:s

0:1323

1:85

= 1:512 м=с;

(3.36)

(0:04)

2

3

2:296

9:81

1

85

0:04 4

2

dколонны = s

5:912

4

= 1:4725 м:

(3.37)

3:14

1:512

2:296

7

Для низа колонны:

!низ:

0:04

4

2

9:81

1:85

=

;

2

0:1323

(0:04)

3 2:542

Отсюда

!низ: = 1:s

0:1323

= 1:431 м=с;

(0:04)

2

3

2:542

1

1:85

85

0:04 4

2

9:81

s

4 6:219

dколонны = 3:14 1:431 2:542 = 1:4754 м:

Итого выбираем колонну с d = 1600 мм.

(3.38)

(3.39)

(3.40)

Реальная скорость паров В колонне реальная скорость пара определяется вот так:

! =			4 G		;	(3.41)
			d2
				y
В верхней части колонны
!верх: =		4 5:912			= 1:281 м=с;	(3.42)
	3:14 1:62 2:296
В нижней части колонны
!низ: =		4 6:219		= 1:217 м=с:		(3.43)
3:14		1:62 2:542

3.4Высота пены и светлого слоя жидкости на тарелке и паросодержание барботажного слоя

Высоту светлого слоя жидкости для клапанных тарелок находят по следующему уравнению:

h = 0:787 q0:2 hпер0:56: !Tm			1 0:31 e 0:11 x			воды			0:09
									;
							x
	L
Тут m = 0:05 4:6 hпер:, а q =		.
	x b
Скорость пара в рабочем сечении тарелки:
	!Т =		! 0:785 d2	:
			ST

% ТРОЛОЛО, тут типа надо перечислить все характеристики тарелки :-) Пусть hпер: = 30 мм. Тогда m = 0:05 4:6 0:03 = 0:088. Паросодержание барботажного слоя " находят по формуле:

p

F r " = p

1 + F r

	!2
где F r =	T	;
	g h

Высота пены:

h

hпены = 1 ":

(3.44)

(3.45)

(3.46)

(3.47)

8

ТРОЛОЛО Для верха колонны:
	!Т верх: =			1:281 0:785 1:62			= 1:751 м=с;			(3.48)
			1:47
h = 0:787	4:76	!0:2	0:030:56 1:751 0:088
	751:6 1:26
										0:09
								19:1 10 3
			1 0:31 e 0:11 0:2371							= 0:02275 м; (3.49)
								66:76 10 3

1:7512

F rверх: = 9:81 0:02275 = 13:738; (3.50) p

	13:738					(3.51)
"верх: =	1 + p				= 0:7875;
			13:738
	0:02275			= 0:107 м:		(3.52)
hпены =
		1 0:7875

ТРОЛОЛО Для низа колонны:

!Т низ: = 1:217 0:785 1:62 = 1:664 м=с; (3.53) 1:47

h = 0:787 8148:1 1:26!

0:2

0:030:56 1:664 0:088

:568

21:26 10 3

0:09

1 0:31 e 0:11 0:315

62:67

= 0:0258 м: (3.54)

10 3

т. е. принимаем высоту переливной перегородки равной 30 мм.

1:6642

(3.55)

F rниз: =

= 10:940;

9:81 0:0258

p

10:940

(3.56)

"низ: =

1 + p

= 0:7679;

10:940

0:0258

= 0:111 м:

(3.57)

hпены =

1 0:7679

3.5Выбор межтарельчатого расстояния

Расстояние между тарелками принимают равным или несколько большим суммы высот пены (барботажного слоя) и сепарационного пространства:

h > hпены + hсепарационного пространства;

(3.58)

9