Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева»
Кафедра процессов и аппаратов химической технологии
Пояснительная записка к курсовому проекту
по процессам и аппаратам химической технологии
«Расчёт бинарной ректификации смеси Ацетон - вода»
Выполнила:
Боброва Мария Сергеевна, группа Н-41
Преподаватель:
Кабанов Олег Викторович
Москва
2023
Содержание |
|
1. РАСЧЁТ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЫ.............................................. |
4 |
1.1. Материальный баланс процесса массообмена.......................................................................................... |
4 |
1.2. Определение минимального флегмового числа........................................................................................ |
6 |
1.3. Определение условно - оптимального флегмового числа......................................................................... |
8 |
1.4. Расчёт средних массовых потоков жидкости и пара.................................................................................. |
9 |
1.5. Расчет высоты колонны............................................................................................................................. |
14 |
1.5.1. Определение величины межтарельчатого уноса ................................................................................... |
14 |
1.5.1.1. Коэффициент m, учитывающий влияние на унос физических свойств жидкости и пара ................. |
14 |
1.5.1.2. Определение высоты светлого слоя жидкости .................................................................................... |
15 |
1.5.1.3. Паросодержание барботажного слоя ................................................................................................... |
16 |
1.5.1.5. Определение межтарельчатого уноса с помощью эмпирических уравнений .................................. |
17 |
1.5.2. Расчет коэффициентов молекулярной диффузии ................................................................................... |
18 |
1.5.3. Расчет коэффициентов массоотдачи ........................................................................................................ |
21 |
1.5.4. Расчет коэффициентов массопередачи ................................................................................................... |
22 |
1.6 Расчет гидравлического сопротивления колонны..................................................................................... |
25 |
2. РАСЧЁТ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ..................................... |
28 |
2.1. Расчёт теплообменников........................................................................................................................... |
28 |
2.1.1. Расчёт подогревателя исходной смеси .................................................................................................... |
28 |
2.1.3. Расчёт кипятильника.................................................................................................................................. |
37 |
2.1.4. Расчёт холодильника дистиллята ............................................................................................................. |
40 |
2.2. Расчёт диаметров трубопроводов ............................................................................................................ |
43 |
2.3. Подбор ёмкостей для сбора продуктов и хранения сырья ...................................................................... |
50 |
2.4. Расчёт насосов ........................................................................................................................................... |
51 |
2.4.1. Расчёт насоса для подачи исходной смеси.............................................................................................. |
51 |
2.4.2. Расчёт насоса для подачи флегмы............................................................................................................ |
56 |
2.5. Подбор конденсатоотводчиков................................................................................................................. |
59 |
2.6. Расчёт толщины теплоизоляции для основных аппаратов ...................................................................... |
60 |
2
3. |
ВЫБОР ТОЧЕК КОНТРОЛЯ НАД ПРОВЕДЕНИЕМ ПРОЦЕССА |
.......................62 |
4. |
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ..................................................................... |
63 |
3
1.Расчёт ректификационной колонны
1.1.Материальный баланс процесса массообмена
При атмосферном давлении компоненты исходной смеси имеют следующие характеристики:
|
ацетон |
вода |
|
|
|
Температура кипения |
tкип = 56 |
tкип = 100 |
Молярная масса |
М = 58,08кг/кмоль |
М = 18кг/кмоль |
Таким образом, низкокипящим компонентом смеси является ацетон, высококипящим компонентом – вода. Условием заданы массовые доли НКкомпонента в исходной смеси («F»), ректификате («P») и кубовом остатке
(«W»):
x¯F = 0,535кг смеси x¯P = 0,992 кг смеси x¯W = 0,008 кг смеси
Расчёт мольных долей НК-компонента производится по формулам:
|
xF /МНК |
|
|
|
0,535 |
|
|
кмоль |
||
xF = |
|
= |
|
58,08 |
|
= 0,263 |
||||
xF /МНК + (1 − x |
)/МВК |
0,535 |
+ |
1 − 0,535 |
кмоль смеси |
|||||
|
|
|
||||||||
|
F |
|
|
58,08 |
|
18 |
|
|
||
|
xP /МНК |
|
|
|
0,992 |
|
|
кмоль |
||
xP = |
|
= 0,992 |
58,08 |
|
= 0,975 |
|||||
xР/МНК + (1 − x |
)/МВК |
+ |
1 − 0,992 |
кмоль смеси |
||||||
|
Р |
|
|
58,08 |
|
18 |
|
|
||
|
xW /МНК |
|
|
|
0,008 |
|
|
кмоль |
||
xW = |
|
= 0,008 |
58,08 |
|
= 0,00249 |
|||||
xW /МНК + (1 − xW)/МВК |
+ |
1 − 0,008 |
кмоль смеси |
|||||||
|
|
58.08 |
|
18 |
|
|||||
Расчёт молярных масс исходной смеси, ректификата и кубового остатка:
4
MF = MНКXF + MВК(1 − XF) = 58,08 · 0,263 + 18 · (1 − 0,263) = 28,54 кмоль
MР = MНКXР + MВК(1 − XР) = 58.08 · 0,975 + 18 · (1 − 0,975) = 57,1кмоль
MW = MНКXW + MВК(1 − XW) = 58.08 · 0,00249 + 18 · (1 − 0,00249) = 18,1кмоль
Материальный баланс проце сса массообмена записывается следующими уравнениями:
F= Р + W
xF ∙ F = x Р ∙ Р + x W ∙ W
где: F, Р, W – массовые потоки исходной смеси (питания), ректификата и кубового остатка соответственно, кг/c
W = |
F(x Р − x F) |
|
|
|
x P − x W |
|
|
По условию: F = 7кг/с, тогда: |
7 ∙ (0,992 − 0,535) |
|
|
W = |
= 3,23кг/с |
||
(0,992 − 0,008) |
|||
|
|
P = F − W = 7 − 3,23 = 3,77кг/с
Мольные потоки питания, ректификата и куба рассчитываются по формулам:
F = F/MF = |
7 |
|
= 0,245 |
кмоль |
|
28,54 |
|
с |
|
P = P/MP = |
3,77 |
= 0,07 кмоль |
||
|
57,1 |
|
|
с |
W = W/MW = 3,23 |
|
= 0,178 |
кмоль |
|
|
18,1 |
|
|
с |
5
1.2. Определение минимального флегмового числа
x, |
y, |
t, |
мол. доли |
мол. доли |
°С |
|
|
|
0 |
0 |
100 |
|
|
|
0,0045 |
0,0579 |
97,99 |
|
|
|
0,0090 |
0,1159 |
95,99 |
|
|
|
0,0135 |
0,1738 |
93,85 |
|
|
|
0,0181 |
0,2318 |
91,64 |
|
|
|
0,0227 |
0,2897 |
89,43 |
|
|
|
0,0273 |
0,3476 |
87,3 |
|
|
|
0,0319 |
0,4056 |
85,3 |
|
|
|
0,0363 |
0,4635 |
83,41 |
|
|
|
0,0405 |
0,5215 |
81,45 |
|
|
|
0,0451 |
0,5794 |
79,14 |
|
|
|
0,0517 |
0,6372 |
76,86 |
|
|
|
0,0708 |
0,6921 |
73,54 |
|
|
|
0,0963 |
0,7443 |
70,18 |
|
|
|
0,1320 |
0,7902 |
67,33 |
|
|
|
0,1822 |
0,8193 |
65,1 |
|
|
|
0,2387 |
0,8333 |
63,62 |
|
|
|
0,2962 |
0,8412 |
62,58 |
|
|
|
0,3540 |
0,8474 |
61,77 |
|
|
|
0,4118 |
0,8536 |
61,09 |
|
|
|
0,4696 |
0,8601 |
60,49 |
|
|
|
0,5273 |
0,8671 |
59,93 |
|
|
|
0,5849 |
0,8747 |
59,41 |
|
|
|
0,6424 |
0,8828 |
58,91 |
|
|
|
0,6999 |
0,8916 |
58,44 |
|
|
|
0,7572 |
0,9011 |
57,98 |
|
|
|
0,8144 |
0,9116 |
57,53 |
|
|
|
0,8712 |
0,924 |
57,10 |
|
|
|
0,9268 |
0,95 |
56,69 |
|
|
|
0,9719 |
0,9759 |
56,33 |
|
|
|
1 |
1 |
56,20 |
|
|
|
6
Рис. 1.1 – Равновесная линия и диагональ
Определим уравнение линии питания:
Y = φ φ− 1 X + XφF
Y = − 3X + 1,052
7