Готовый курсовой проект, страница 2
Описание файла
Документ из архива "Готовый курсовой проект", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "машины химических производств" из 6 семестр, которые можно найти в файловом архиве МПУ. Не смотря на прямую связь этого архива с МПУ, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "курсовые/домашние работы", в предмете "машины химических производств" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "Готовый курсовой проект"
Текст 2 страницы из документа "Готовый курсовой проект"
xF, xD, xW- мольная доля легколетучего компонента в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке соответственно.
Где 1-ацетон, 2-четыреххлористый углерод.
Находим массовую долю по формуле:
Решив систему материального баланса, получим:
Нагрузка ректификационной колонны по пару и жидкости определяется рабочим флегмовым числом. Для его расчета используют приближенные вычисления по формуле:
где Rmin – минимальное флегмовое число.
При этом:
где - мольные доли легколетучего компонента в жидкости, а - концентрация легколетучего компонента в паре, находящаяся в равновесии с жидкостью (питанием исходной смеси).
По диаграмме «Равновесное состояние жидкости и пара» (приложение1) находим при соответствующем значении , таким образом
Тогда:
Также для расчета флегмового числа используем графический метод:
рассчитав число теоретических ступеней контакта (теоретических тарелок)
R=1.5, y=32, n=15.2, n(R+1) =15.2(1.5+1) =38
R=2, y=26.67, n=11.4, n(R+1) =11.4(2+1) =34.2
R=2.5, y=22.86, n=9, n(R+1) =9(2.5+1) =31.5
R=3, y =20, n=8, n(R+1) =8(3+1) =32
R=4, y=16, n=7.33, n(R+1) =7.33(4+1) =36.65
R=5, y=13.33, n=6.43, n(R+1) =6.43(5+1) =38.58
В данном курсовом проекте используем , найденное графическим методом (приложение 3).
2.1.3 Расчет расходов пара и жидкости в верхней и нижней части колонны.
Найдем уравнение рабочих линий:
а) для верхней (укрепляющей) части колонны:
б) для нижней (исчерпывающей) части колонны:
где F – относительный мольный расход питания.
Определяем температуры для нижней и верхней части колонны для жидкости и пара из диаграммы «Зависимость температуры от равновесных составов пара и жидкости» (приложение1):
Определяем объемный расход пара:
Расход пара в нижней и верхней части колонны определяется по формуле:
где p0=760 мм рт. ст. – атмосферное давление,
T0=273 K- абсолютная температура.
Молярную массу паровой смеси в нижней и верхней части колоны находим по формуле:
Массовые расходы паров в нижней и верхней части колоны находим по формуле:
Определим плотности пара в верхней и нижней части колонны по формуле:
Определим вязкость пара в верхней и нижней части колонны для ацетона (1) и четыреххлористого углерода (2):
где табличные данные: Па. с, Па. с,
С1=651,С2=384- константы уравнения.
а) для нижней части колонны:
б) для верхней части колонны:
Определим вязкость смеси пара в нижней и верхней части колонны по формуле:
Определим плотности жидкости по формуле:
где плотности ацетона, четыреххлористого углерода соответственно.
а) для нижней части колонны:
б) для верхней части колонны:
Определим вязкость смеси жидкости для нижней и верхней части колонны по формуле:
где вязкости ацетона, четыреххлористого углерода соответственно.
Поверхностное натяжение смеси жидкостей в верхней и нижней части колонны определим по формуле:
где поверхностное натяжение ацетона, четыреххлористого углерода соответственно.
Находим мольные и массовые расходы жидкости в нижней и верхней части колонны:
2.1.4 Расчет теплового баланса установки
Тепловой баланс ректификационной колонны выражается общим уравнением:
где QK – тепловая нагрузка куба; QD –количество теплоты, передаваемой от пара к воде; Qпот – тепловые потери (5%); -теплоёмкости соответствующие дистилляту, кубовому остатку и исходной смеси; - температуры соответствующие дистилляту, кубовому остатку и исходной смеси(находим из диаграммы «Зависимость температуры от равновесных составов пара и жидкости» приложение 1):
Найдем удельную теплоту конденсации паров дистиллята по аддитивной формуле:
где - теплоты испарения ацетона и четыреххлористого углерода при температуре дистиллята , .
где исходные данные: A1 =72.18; t 1кр=235.1; A2=25.64; t2кр=283.4
Определим тепловую нагрузку дефлегматора по формуле:
Определим теплоёмкости смеси:
Для ацетона(1): c0=2.11кДж/(кгК); с1=0.0028 кДж/(кгК);
Для четыреххлористого углерода (2): c0=0.85кДж/(кгК); с1=0.00037 кДж/(кгК);
Тогда:
2.2 Гидравлический расчет насадочной колонны аппарата.
Выбор рабочей скорости паров обусловлен многими факторами и обычно осуществляется путем технико-экономического расчета для каждого конкретного процесса. Для ректификационных колонн, работающих в пленочном режиме при атмосферном давление, рабочую скорость можно принять на 20% ниже скорости захлёбывания:
где - скорость захлебывания пара, м/с; – удельная поверхность насадки, м2/м3; Vсв – свободный объём насадки, м3/м3; μж – динамический коэффициент вязкости жидкости, мПа∙с; и - массовые расходы жидкой и паровой фаз, кг/с; и - плотность пара и жидкости соответственно, кг/м3.
Выбираем в качестве насадки - стальные кольца Рашига:
Кольца Рашига 25 мм:
Тогда рабочая скорость в верхней и нижней части колонны равна:
По рабочей скорости определяем диаметр колонны:
где объемный расход пара при рабочих условиях в колонне, м3/с.
Выбираем стандартный аппарат с диаметром 2.2 м, с кольцами Рашига диаметром 25мм и уточняем рабочую скорость по формуле:
Плотность орошения для верхней и нижней части колонны определяют по формуле:
где U – плотность орошения, м3/(м2.с);
- объемный расход жидкости, м3/с;
S – площадь поперечного сечения колонны, м2.
где D – диаметр колонны, м.
так как плотность орошения меньше допустимых значений, то необходимо выбрать кольца Рашига с меньшим диаметром.
Кольца Рашига 50 мм:
Тогда рабочая скорость в верхней и нижней части колонны равна:
По рабочей скорости определяем диаметр колонны:
где объемный расход пара при рабочих условиях в колонне, м3/с.
Выбираем стандартный аппарат с диаметром 2 м, с кольцами Рашига диаметром 50мм и уточняем рабочую скорость по формуле:
Плотность орошения для верхней и нижней части колонны определяют по формуле:
где U – плотность орошения, м3/(м2.с);
- объемный расход жидкости, м3/с;
S – площадь поперечного сечения колонны, м2.
где D – диаметр колонны, м.
Так как плотность орошения удовлетворяет допустимым значениям, то в дальнейших расчетах используем кольца Рашига диаметром 50 мм.
Активную поверхность насадки находят по формуле:
где U – плотность орошения, м3/(м2.с);
- удельная поверхность насадки, м2 /м3;
p, q – постоянные, зависящие от типа и размера насадки.
Для выбранных колец Рашига с диаметром 50 мм:
p=0.024, q=0.012.
Определим активную поверхность насадки в нижней и верхней части колонны:
Одной из важных характеристик аппарата является гидравлическое сопротивление насадки, который зависит от режима движения пара (газа). Для расчета необходимо определить число Рейнольдса:
Определяем значения числа Рейнольдса для нижней и верхней части колонны:
Определяем коэффициент сопротивления для верхней и нижней части колонны:
Определяем гидравлическое сопротивление для верхней и нижней части колонны:
где H=1 м – высота слоя.
где b- коэффициент, для колец Рашига 50 мм: b= 47.10-3.
2.3 Расчет высоты колонны.
Определим коэффициент диффузии газа для нижней и верней части колонны по формуле:
где T – температура газа, К; p- давления газа, кгс/см2; MA,MB- мольные массы газов A и B;
vA,vB- мольный объемы газов А и В, определяемые, как сумма атомных объемов элементов, входящих в состав газа.
Пусть А – ацетон (МА=58 кг/кмоль);
В- четыреххлористый углерод (МВ=154кг/кмоль).
Определим коэффициент диффузии в разбавленных растворах для верхней и нижней части колонны:
где М – мольная масса растворителя;
v- мольный объем диффундирующего вещества;
T –температура, К;
- динамический коэффициент вязкости растворителя, мПа.с;
- параметр, учитывающий ассоциацию молекул растворителя ( А= В=1).
Пусть А растворяется в В (В- растворитель):
Пусть В растворяется в А (А- растворитель):