Курс_Модел2_2 (1). Методические указания к выполнению курсовой работы дисциплины моделирование технологических процессов и основы оптимизации для студентов, обучающихся по направлению

• Название: Методические указания к выполнению курсовой работы дисциплины моделирование технологических процессов и основы оптимизации для студентов, обучающихся по направлению
• Дата: 14.03.2023
• Размер: 3.02 Mb.
• Имя файла: Курс_Модел2_2 (1).doc
• Тип: Методические указания; #989147
• страница: 8 из 9

ЛИТЕРАТУРА

1. Касаткин, А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии / А.Г. Касаткин. – М.: Химия, 1971. – 784 с.

2. Тимонин, А.С. Основы конструирования и расчета химико-технологического и природоохранного оборудования: справочник. Т. 2. / А.С. Тимонин. – Калуга: Изд-во Н. Бочкаревой, 2002. – 1028 с.

3. Борисов, Г.С. Основные процессы и аппараты химической технологии: пособие по проектированию / Г.С. Борисов [и др.]; под ред. Ю.И. Дытнерского. - 3-е изд., стереотипное. – М. : ООО ТИД «Альянс», 2007. – 496 с. : ил.

4. Павлов, К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: учебное пособие для вузов / К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков ; под ред. П.Г. Романкова. – 13-е изд., стереотип. Перепечатка с издания 1987 г. – М. : ООО ТИД «Альянс», 2006. – 576 с.

5. Беспалов, А.В. Задачник по системам управления химико-технологическими процессами: учебное пособие для вузов / А.В. Беспалов, Н.И. Харитонов. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2005. – 307 с.

6. Беспалов, А.В. Системы управления химико-технологическими процессами : учебник для вузов / А.В. Беспалов, Н.И. Харитонов. – М. : ИКЦ “Академкнига”, 2007. – 690 с. : ил.

7. Фафурин, А.В. Основы проектирования систем автоматизации технологических процессов и аппаратов / А.В. Фафурин, И.А. Дюдина, В.П. Ившин. – Казань : Изд-во Казан.гос.технол. ун-та, 2007. – 174 с.

8. Александров, И.А. Ректификационные и абсорбционные аппараты. Методы расчета и основы конструирования / И.А. Александров. – 3-е изд., перераб. – М. : Химия, 1978. – 280 с. : ил.

9. Галеев, Э.Р. Методы оптимизации: лабораторный практикум / Э.Р. Галеев, В.В. Елизаров, В.И. Елизаров. – Казань : Изд-во Казан.гос. технол. ун-та, 2006. – 64 с.

10. Павлечко, В.Н. Модели массообменных процессов в ректификационных аппаратах / В.Н. Павлечко. – Мн. : БГТУ, 2005. – 236 с.

11. Анисимов, И.В. Математическое моделирование и оптимизация ректификационных установок / И.В. Анисимов, В.И. Бодров, В.Б. Покровский. – М. : Химия, 1975. – 216 с.

12. Кафаров, В.В. Методы кибернетики в химии и химической технологии / В.В. Кафаров. – Изд. 4-е, пер. и доп. – М. : Химия, 1985. – 448 с. ил.

13. Тимофеев, В.С. Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза : учебное пособие для вузов / В.С. Тимофеев, Л.А. Серафимов. – М. : Химия, 1992. – 432 с. : ил.

14. Мухленов, И.П. Основы химической технологии : учебное пособие для студентов хим.-технол. спец. вузов / И.П. Мухленов, А.Е. Горштейн, Е.С. Тумаркина ; под ред. И.П. Мухленова. – 4-е изд., перераб. и доп. – М. : Высш. шк., 1991. – 463 с. : ил.

15. Общая химическая технология и основы промышленной экологии / В.И. Ксензенко [и др.]. – 2-е изд., стер. – М. :КолосС, 2003. – 328 с. : ил.

16. Горбунов, А.И. Теоретические основы общей химии : учебник для студентов технических университетов и вузов / А.И. Горбунов [и др.].; под ред. А.И. Горбунова. – М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. – 720 с.

17. Гартман, Т.Н. Основы компьютерного моделирования химико-технологических процессов : учебное пособие для вузов / Т.Н. Гартман, Д.В. Клушин. – М. : ИКЦ «Академкнига», 2006. – 416 с. : ил.

18.КувшинскийМ.Н.,Соболева А.П. Курсовое проектирование по предмету “Процессы и аппараты химической промышленности”. М.: Высшая школа, 1980.
ПРИЛОЖЕНИЕ

Пример расчета тарельчатой ректификационной колонны

для разделения бинарной смеси бензол - толуол.
1 Особенности расчета тарельчатой ректификационной колонны
Как правило, расчет ректификационной колонны производится призаданных: составе исходной смеси, кубового остатка, дистиллята, производительности и рабочем давлении в колонне.

Вначале определяется материальный баланс колонны и рабочее флегмовое число. Для этого используется диаграмма y -x. Затем подбирается тип тарелок, определяется скорость пара, диаметр колонны, коэффициенты массопередачи, высота колонны, гидравлическое сопротивление тарелок. После этого можно провести расчет эксплуатационных свойств, а также экономические показатели ее использования.
2 Пример расчета ректификационной колонны для перегонки смеси бензол - толуол
Для примера, рассчитаем колонну при содержании легколетучего компонента (т.е. бензола) в исходной смеси 35%(масс.), в дистилляте 98%, в кубовой жидкости 1,7%. Производительность по исходной смеси 5кг/с.

2.1 Материальные расчеты

2.1.1 Материальный баланс колонны

Производительность по дистилляту P и кубовому остатку W определяется из уравнения материального баланса ректификационной колонны:


(1)

Откуда:
(2)
(3)

Все расчеты в данном случае ведутся для легкокипящего компонента, а значит х есть концентрация бензола. Для дальнейших расчетов необходимо пересчитать составы фаз из массовых в мольные по соотношению :
(4)

где x - мольная доля компонента А,

- массовая доля компонента А, % (масс.)

М_А - мольная масса компонента А,

М_В - мольная масса компонента В,
Подставив мольные массы бензола и толуола получаем:







2.1.2 Определение рабочего флегмового числа
Нагрузки ректификационной колонны по пару и жидкости определяются значением рабочего флегмового числа R. Флегмовое число являет собой отношение количества флегмы к количеству дистиллята. Оно может находиться в интервале от R_minдо ¥. При минимальном флегмовом числе можно получить максимальное количество дистиллята, но число тарелок становится бесконечно большим. Если флегмовое число принять равным бесконечности, то получится, что колонна работает сама на себя. При флегмовом числе меньше минимального мы ни при каких условиях не сможем получить конечный продукт с заданными свойствами.

R=¥

R=2,1

R=1,68

Рис. 1. Диаграмма "жидкость-пар" для смеси бензол-толуол


Вообще,флегмовое число отражает угол наклона рабочей линии к оси абсцисс для верхней части колонны и входя в уравнение рабочей линии. Уравнение рабочей линии для верхней части колонны выглядит как:
(5)

y_D, как впрочем и y_W определяются равными x_Dи x_Wсоответственно. Иначе говоря предполагается что состав паровой и жидкой фазы одинаков как для низа так и для верха колонны. Все это можно увидеть на рисунке 1.

Минимальное флегмовое число определяется по следующей формуле:



где - мольная доля спирта в паре, находящемся в равновесии с исходной смесью, определяется по y-x диаграмме .

Тогда:


Рабочее значение флегмового числа примем равным 2,1. Для определения рабочего флегмового числа существует множество рекомендаций, мы их упускаем, но их можно найти в [3].
2.1.3 Построение рабочей линии на диаграмме “жидкость - пар”.
Рабочая линия процесса ректификации, в отличие от процесса абсорбции, представляет собой совокупность рабочих линий для верхней и для нижней части колонны и характеризуется изломом в точке соответствующей составу питательной смеси.

Для верхней части колонны можно воспользоваться уравнением (5), а для нижней части колонны существует уравнение:
(6)
Вид рабочей линии представлен на все том же рисунке 1.
2.1.4 Определение среднего массового расхода по жидкости
Средние массовые расходы по жидкости для верхней и нижней частей колонны определяются из соотношений :

(7)

(8)

где М_P и М_F - мольные массы дистиллята и исходной смеси,

М_В и М_Н - мольные массы жидкости в верхней и нижней частях,

Мольная масса жидкости в верхней и нижней частях колонны соответственно равна :

(9)
(10)
где М_б и М_т - мольные массы бензола и толуола

x_ср.в и x_ср.н - средний мольный состав жидкости соответственно в верхней и нижней частях колонны:



Тогда



Аналогично находится мольная масса исходной смеси:

Мольную массу дистиллята можно принять равной мольной массе бензола.

Подставив результаты соотношения в (7) и (8) получаем:


2.1.5 Определение среднего массового расхода по пару
Средние массовые потоки пара в верхней и нижней частях колонны
соответственно равны :
(11)
(12)
где и - средние мольные массы паров в верхней и нижней частяхколонны:

(13)

(14)
где средние значения состава паровой фазы рассчитываются аналогично жидкой фазе и равны:



Тогда из формул (13) и (14) следует


Подставив результаты в (11) и (12) получаем:


2.2 Скорость пара и диаметр колонны
На этой стадии необходимо выбрать тип тарелки. Поскольку предполагается, что жидкость не содержит взвешенных частиц, используем ситчатые тарелки.

 

Допустимая скорость в верхней и нижней части колонны определяется по формуле:

(15)
Поскольку плотности бензола и толуола близки, то плотность жидкой фазы может быть приближенно определена как 796 кг/м³.

Средняя плотность пара для нижней и для верхней части колонны может быть определена по формуле:
(16)
где t- температура для верхней или для нижней части колонны.

Температура в колонне, в свою очередь, определяется по диаграмме t - x,y, которую можно увидеть на рисунке 2.