Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

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 остаток содержит 1 % массовых этанола, дистиллят- 94 %. Ректификация производится при атмосферном давлении. Нагрев производится водяным паром р = 3 атм. Тип колонны- насадочная.

1. 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 ^oС

б) при y’’_ср = 0,146 t’’_ср = 97 ^oС

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_о = 22,1 ^х 273 = 0,73 кг/м³

22,4 ^х T’’_ср 22,4 ^х 370

Средняя плотность пара в колонне:

_п(’_ср+’’_ср ) / 2 = (1,1 + 0,73) / 2 = 0,915 кг/м³

Средние мольные массы жидкости:

а) М’_ср = x’_ср ^х М_э + (1- x’_ср ) М_в = 0,504 ^х 46,07 + 0,496 ^х 18 = 32,15 кг/кмоль

б) М’’_ср = x’’_ср ^х М_э + (1- x’’_ср ) М_в = 0,076 ^х 46,07 + 0,924 ^х 18 = 20,13 кг/кмоль

Температура в верху колонны при y_P = 0,86 равняется 83 ^oС, а в кубе-испарителе при х_W = 0,004 она равна 99 ^oС

Плотность жидкого этанола при 83^oС _э = 732 кг/м³, а воды _в = 959 кг/м³ при 99 ^oС .

Принимаем среднюю плотность жидкости в колонне

_ж= (732 + 959) / 2 = 845,5 кг/м³ .

Средние массовые расходы (нагрузки) по жидкости:

M_P = 46.07*0.86+18(1-0.86) = 42.14

M_F = 46.07*0.148+18(1-0.148) = 22.15

Средние массовые потоки пара:

кг/с

кг/с

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 давлении, рабочую скорость можно принимать на 20— 30 % ниже скорости захлебывания.

Предельную фиктивную скорость пара _п, при которой происходит захлебывание насадочных колонн, определяем по уравнению:

Вязкость жидких смесей _х находим по уравнению:

lg _х=x_cp lg _э+(1- x_cp)lg _в

Тогда

lg _хВ=0,504 lg 0,435+(1- 0,504)lg 0,357

lg _хН=0,076 lg 0,326+(1- 0,076)lg 0,284

_хВ = 0,396 мПа*с

_хН = 0,287 мПа*с

Предельная скорость паров:

отсюда _ПВ = 1,9 м/с

отсюда _ПН = 1,57 м/с

Примем рабочую скорость на 30 % ниже предельной:

_В = 1,9*0,7 = 1,33 м/с

_Н = 1,57*0,7 = 1,1 м/с

Диаметр ректификационной колонны определяют из уравнения расхода:

d =

Тогда диаметр верхней и нижней части колонны со­ответственно равен:

d_В = = 1,87 м

d_Н = = 3,48 м

Выберем стандартный диаметр обечайки d = 3,5 м, одинаковый для обеих частей колонны. При этом действительные рабочие скорости паров в колонне будут равны:

_В = 1,33(1,87/3,5)² = 0,38 м/с

_Н = 1,1(3,48/3,5)² = 1,087 м/с

III. Расчёт высоты насадки

Высоту насадки Н рассчитывают по модифицированному уравнению массопередачи:

Н = n_oyh_oy

n_oy - общее число единиц переноса по правой фазе

h_oy - общая высота единицы переноса

n_oy =

Этот интеграл определяют обычно методом гра­фического интегрирования:

= SM_xM_y

где S-площадь, ограниченная кривой, y_w и y_p, и осью абсцисс.

n_oyН = = 4,6 n_oyВ = = 5,4 n_oy = = 10

Общую высоту единиц переноса h_oy находим по уравнению аддитивности:

h_oy = h_y + h_x

где hx и hy –частные производные единиц переноса соответственно в жидкой и паровой фазах; m – средний коэффициент распределения в условиях равновесия для соответствующей части колонны.

Отношение нагрузок по пару и жидкости G/L равно:

Для верхней части колонны

G/L =(R+1)/R = 5,086/4,086 = 1,245

Для нижней части колонны

G/L =(R+1)/(R+f) = 5,086/16,176 = 0,314

Здесь f = F M_Э/P M_F = 5,944*46,07/1,023*22,15 = 12,09

Высота единицы переноса в жидкой фазе равна:

h_x = 0,258 Ф с Pr Z

где с и Ф – коэффициенты определяемые по графику; Pr_x = – критерий Прандля для жидкости; Z – высота слоя насадки одной секции, которая из условия прочности опорной решётки и нижних слоёв насадки не должна превышать 3 м.

Высота единицы переноса в паровой фазе равна:

h_y =

где - коэффициент определяемый по графику; Ls = L / 0.785d² –массовая плотность орошения, кг/(м² с); d – диаметр колонны;

в мПа ^х с)

Для расчёта h_x и h_y необходимо определить вязкость и коэффициенты диффузии в жидкой D_x и паровой D_y фазах. Вязкость паров для верхней части колонны:

где и - вязкости паров воды и этанола при средней температуре верхней части колонны; y_В =(y_P + y_F)/2 – средняя концентрация паров. Подставив получим:

y_В =(0,86 + 0,33)/2 = 0,595

= 0,368 мПа с

Аналогичным расчётом для нижней части колонны находим

=0,24 мПа с

Вязкости паров для верхней и для нижней частей колонны близки, поэтому можно принять среднюю вязкость паров в колонне = 0,304 мПа с

Коэффициент диффузии в жидкости при средней температуре t равен:

D_x = D_{x 20} (1+b(t-20))

Коэффициенты диффузии в жидкости D_{x 20} при 20^оС можно вычислить по приближённой формуле:

D_{x 20} =

Тогда коэффициенты диффузии в жидкости для верхней части колонны при 20^оС

D_{x В20} = = 9,3*10^-9 м²/с

Температурный коэффициент

b = = 0,2 = 0,017

Отсюда

D_xВ = 9,3*10^-9 (1+0,017(88-20)) = 20,05*10^-9 м²/с

Аналогично находим для нижней части колонны

D_xН = 9,3*10^-9 (1+0,017(97-20)) = 21,47 м²/с

Коэффициент диффузии в паровой фазе

D_y =

Где Т- средняя температура в соответствующей части колонны; Р- абсолютное давление в колонне.

Тогда

D_yВ = = 9,86*10^-7 м²/с

D_yH = 10,1*10^-7 м²/с

Таким образом, для верхней части колонны:

h_xВ = 0,258 * 0,068 * 0,92(0,396*10^-3/852*20,05*10^-9)^0,53^0,15 = 0,09 м

h_yВ = = 2,26 м

Для нижней части колонны

h_x = 0,09 м

h_y = 2,01

Общая высота единицы переноса

h_{0 yB} = h_y + h_x = 2,26 + 0,09 = 2,7 м

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов курсовой работы