Ректификация. Ректификация._Мухин_В._С._ХЕБО-14-17. мирэа Российский технологический университет рту мирэа

• Название: мирэа Российский технологический университет рту мирэа
• Анкор: Ректификация
• Дата: 10.12.2020
• Размер: 157.04 Kb.
• Имя файла: Ректификация._Мухин_В._С._ХЕБО-14-17.docx
• Тип: Отчет; #159305

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «МИРЭА – Российский технологический университет» РТУ МИРЭА

Институт тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова

Кафедра процессов и аппаратов химических технологий имени Н.И. Гельперина

Отчёт по домашней работе

«Ректификация»

Вариант 17

Выполнил студент: Мухин Вадим

Группа: ХЕБО-14-17

Преподаватель: Таран Ю.А.

Москва 2020

Задание.

В ректификационную колонну непрерывного действия поступает L₁= 2,0 кг/с бинарной смеси метанол-этанол с концентрацией а₁= 0,33 кг/кг. Концентрация метилового спирта в дистилляте должна составить а₂= 0,76 кг/кг, а в кубовом остатке а₀= 0,03 кг/кг. Коэффициент избытка флегмы σ= 1,2. Данные греющего пара Pгр = 3,3 атм. Коэффициент полезного действия тарелки η= 0,7

Определить:

• 
  число действительных и теоретических тарелок
  
• 
  диаметр колонны
  
• 
  расходы тепла и греющего пара в кубе, охлаждающей воды в конденсаторе
  

Дано:

• 
  L₁= 2,0 кг/с
  
• 
  а_1(F)= 0,33 кг/кг
  
• 
  а_2(D)= 0,76 кг/кг
  
• 
  а_0(W)= 0,03 кг/кг.
  
• 
  σ= 1,2
  
• 
  Pгр = 3,3 атм = 3,34*10⁵ Па
  
• 
  η= 0,7
  
• 
  t_в ^/ =18ºC
  
• 
  t_в ^// =40ºC
  
• 
  K_k = 750 Вт / (м²*К)
  
• 
  К_конд = 600 Вт / (м²*К)
  

Установка:

1 -Емкость для исходной смеси

2- подогреватель

3- колонна

4- кипятильник

5-дефлегматор

6-делитель флегмы

7-холодильник

8-сборник дистиллята

9-сборник кубового остатка

Схема ректификационной установки непрерывного действия

Перевод массовых концентраций в мольные

, где Ма =32 кг/кмоль и М_b 46 = кг/кмоль молекулярные массы метанола и этанола соответственно.

=0,0103125/ (0,0103125+0,014565) = 0,415

= 0,02375/ (0,02375+0,005217) = 0,82

= 0,0009375/ (0,0009375+0,021087)

= 0,0426

= =1/ (0,0103125+0,014565)= 40,2

Построение диаграммы t,x,y и x,y (по данным фазового равновесия системы метанол-этано при Р= 760 мм.рт.ст. [1]

X	Y	T
0	0	78,3
13,4	18,3	76,6
24,2	32,6	75
32	42,8	73,6
40,1	52,9	72,3
43,5	56,6	71,7
54,2	67,6	70
65	75,9	68,6
72,8	81,3	67,7
79	85,8	66,9
81,4	87,5	66,6
87,3	91,9	65,8
91	93,7	65,6
100	100	64,6

Таблица №1 Экспериментальные данные парожидкостного равновесия системы ацетон вода при 760 мм.рт.ст



Рис. 1 Фазовая диаграмма х-у системы ацетон вода при 760 мм.рт.ст



Рис. 2 Диаграмма Т-х-у системы метанол-этанол при 760 мм рт ст.



Рис 3. Определение теоретических тарелок

= =2.2

R = = 1, 2*2.2= 2.64

= = 0,225

n^y_т = 7

n⁰_т= 25

Количество тарелок нашли по графику (рис 3)

Всего тарелок

n = n^y_{т +} n⁰_т = 7+25= 32

n⁰_m = n⁰_m / η = 7 / 0, 7 = 10

n^у_m = n^у_m / η = 25 / 0, 7 = 36

Высота тарельчатой части колонны Н_тар = (n – 1) h = (32-1) * 0,4 = 12.4

Где h – расстояние между тарелками, принято h = 0,2 – 0,8 м, интервал значений h = 0,4м

= =2,0*(0,43/0,73)= 1, 178 [кг/с] – расход кубового остатка

= =2,0*(0,3/0,4) = 0,82 [кг/с] – расход продукта

L₁=L₀ + П = 1, 178 + 0,82= 2 [кг/с]

Расчет диаметра колонны

Диаметр колонны dк будем рассчитывать по объемному расходу пара V и выбранной расчетной скорости пара в колонне w

[м³/с]

Сначала находим массовый расход пара в верхнем сечении

D = (R + 1) П = 0,82 * (2,64+1) = 2,98 [кг/с]

1. 
   Объемный расход V = D/ρ_п = 2,98 / 3,95 = 0,754 м³ / с
   

Где ρ_п – плотность пара кг/м3; находим из уравнения Клапейрона – Менделеева:

ρ= m/v *RT = ρ_п RT

Отсюда плотность пара: ρ_п = ρ/(RT)

ρ = 1 бар = 10⁵ Па

М₂ =R*Ma / a₂ = 2,64 * 32 / 0,76 = 111,2– средняя молярная масса дистиллята

Газовая постоянная для пара в верху колонны:

R = 8314 / М₂ = 8314/ 111,2 = 74,77 Дж / (кг*°С)

T = 273 + 65,6 = 338,3[K]

ρ_п= 10⁵/(R*Т) = 10⁵/(74,77*338,3) = 3,95 [кг/ м³]

Рекомендуемая расчетная скорость пара в колонне находится по формуле:



Где С – коэффициент, зависящий от конструкции тарелок и расстояния между тарелками.

При выбранном нами ранее расстоянии между тарелками h= 0,4 м и считая, что в колонне тарелки с круглым колпачками, находим по графику [1, рис 6,3 стр 331] значение С = 0,045

Плотность жидкости в верхнем сечении колонн найдем с учетом массовой концентрации а₁ по формуле:

, [кг/ м³] [кг/ м³]

=1/[ (а₂/ ) + (а₂/ )] = 1/[ (0,76/792) + ( 0,24/ 789)] = 1/(0,001249+/,155*10^-5) = 791[кг/ м³]

Скорость пара в колонне:

=0,635 [м/с]

Диаметр колонны

= = 1,23 м = 1230 мм

нашли по каталогу [4]

Определение тепловых нагрузок кипятильника конденсатора расходов греющего пара D_гр и охлаждающей воды G_охл.

Расход тепла в кубе и конденсаторе

Q_k= L_0*C_0*t₀ –L_1*C_1*t₁ +П*(R+1)*(C_b*t_b+r_b) – П*R*C_b*t_b

Q_k0 = D*r₀ = П *(R + 1) r_b

Теплоемкость определяем по справочнику [2]

С_а(метанол) = 1,395 [кДж / (кг*гр)]

Сb(этанол) = 2,390 [кДж / (кг*гр)]

Скрытая теплота парообразования

r(метанол) = 1100 [кДж / кг]

r(этанол) = 840[кДж / кг]

t₀ (по графику) =78,1 °C C₁ = 2,201 (по аддитивности) – кубовая смесь

t₁ (по графику) = 72,2°С C₂ = 1,634 (по аддитивности) - дистиллят

t₂ (по графику) = 66,8 °С C₀ = 2,360 (по аддитивности) – кубовая жидкость

r_b(2) = 1037,6 кДж/кг

Формула аддитивности 𝑐_𝑜=𝑐_𝑎𝑎_𝑜+𝑐_в(1−а_о)

𝑐₁=𝑐_𝑎𝑎₁+𝑐_в(1−а₁) = 1,395*0,33+2,390 * (1−0,33) = 0,460 + 1,601 = 2,201 [кДж / (кг*гр)]

𝑐₂=𝑐_𝑎𝑎₂+𝑐_в(1−а₂) = 1,395*0,76+2,390 * (1−0,76) = 1,0602 + 0,5736= 1,634 [кДж / (кг*гр)]

𝑐₀=𝑐_𝑎𝑎₀+𝑐_в(1−а₀) = 1,395*0,03+2,390 * (1−0,03) = 0,04185 + 2,3183 = 2,360 [кДж / (кг*гр)]

𝑟₂=𝑟_𝑎𝑎₂+𝑟_в(1−а₂) = 1100*0,76 + 840 * (1 – 0,76) = 836 + 201,6 = 1037,6 кДж/кг

Q_k= L_0*C_0*t₀ – L_1*C_1*t₁ +П*(R+1)*(C_b*t_b+r_b) – П*R*C_b*t_{b =}

= 1,178 * 2,360 *78,1– 2 * 2,201*72,2+ 0,82 *(2,64 + 1) (2,390*66,8+ 1037,66) – 0,82 * 2,64 * 2,390 *66,8 = 3127 кВт

Q_k0 = D*r₀ = П *(R + 1) r_b= 0,82 * (2,64 + 1)*1037,6 = 3097 кВт

Расчет греющего пара

G_а = Q_{k /} r_а = 3127000 / 2150000 = 1,45 кг/с

G_б = Q_k0 / [C_б (t”_в– t’_в)] = 3097*10³/ [2,390*10³(40-18)] = 58,9 кг/с

Расчет поверхности теплообмена кипятильника и конденсатора

F = Q/ (K * ∆t) [м²]

Для кипятильника при заданном коэффициенте теплопередачи и движущей силы переноса теплоотдачи

∆t_кип = Т_п – t₀ = 137 – 78,1 = 58,9 °C

F = 600 * 10³ / (750* 58,9) = 13,58 м²

Аналогичный расчет поверхности теплообмена конденсатора. Здесь средняя движущая сила процесса теплопередачи определяется как средняя логарифмическая.

∆t_конд = = = 22 / 0,599 = 36,73 °C

F_конд = 3097 * 10³ / 600 * 36,73 = 140,53 м²

Список литературы:

Равновесие между жидкостью и паром. Справочное пособие, книга первая/ В.Б. Коган, В.М. Фридман, В.В. Кафаров. –М.: Наука, 1966. 645 с. [1]

Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии / П.Г. Романков,К.Ф. Павлов, А.А.Носков. –10-е изд., перераб. и доп. –Л.: Химия, 1987. 576 с.[2]

Процессы и аппараты химической технологии. Общий курс. Учебник для вузов. В 2 книгах / В.Г. Айнштейн, М.К. Захаров, Г.А. Носов и др.; Под ред. проф. В.Г. Айнштейна. СПб. Изд. «Лань», 2018, 1792 с.[3]

Колонные аппараты: Каталог 2-е изд. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1978. 31 с. [4]