Расчет и проектирование ректификационной колонны насадочного типа

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 остатоксодержит 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 G_P кг/ч, кубового остатка через G_W кг/ч.

Из уравнений материального баланса ректификационной колонны непрерывного действия

F = P + W _; F x_F = P x_P + W x_W, 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:

Х_F = _ х _F / Мэ____ = 40/46,07 = 0,868 = 0,148

х _{F +} 100 - х _F 40 + 90 0,868 +5

M_э M _в 46,07 18

Дистиллят:

x_P = x_P / М_э = 94/46,07 = 2,04 = 0,86

х _{P +} 100 – х _P 94 + 90 2,04+0,333

M_э М _в 46,07 18

Кубовый остаток:

x_W = х _W /М_э = 1/46,07 = 0,022 = 0,004

х _W + 100 – х _W 1 + 99 0,022+5,5

М_э М_в 46,07 18

Относительный мольный расход питания:

F = x_P - x_W = 0,86 – 0,004 = 0,856 =5,944

x_F - x_W 0,148 – 0,004 0,144

Откуда находим

W =

P = F – W = 5.944-4.921 = 1.023

Определяем минимальное число флегмы по уравнению:

R_мин = x_P - y * _F =0,86 - 0,33 = 2,912

y*_F - x_F 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 R_мин + 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 = ( x_F + x_D ) / 2 = (0,148 + 0,86) / 2 = 0,504

б) в нижней части колонны

x’’_ср = (x_F + x_W ) / 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 ^o С

б) при y’’_ср = 0,146 t’’_ср = 97 ^o С

Средние мольные массы и плотности пара:

а) М’_ср = y’_ср ^х М_э + (1- y’_ср ) М_в = 0,574 ^х 46,07 + 0,426 ^х 18 = 32,55 кг/кмоль

’_ср = M ’_ср ^х T _о = 32,55 ^х 273 = 1,1 кг/м³

22,4 ^х T’_ср 22,4 ^х 361

б) М’’_ср = y’’_ср ^х М_э + (1- y’’_ср ) М_в = 0,146 ^х 46,07 + 0,854 ^х 18 = 22,1 кг/кмоль

’’_ср = М’’_ср ^х T