Московська
державна академія тонкої хімічної технології
ім. М.В Ломоносова
Кафедра ПАХТ
Розрахунок ректифікаційної установки Студент групи ХТ-301
Нуколов В.Ю.
Викладач: Сайфулін Д.М.
Москва 2002
Схема ректифікаційної установки безперервної дії Вихідні дані:
Ацетон-Метанол
Ацетон - легко киплячий компонент (ЛКК)
Метанол - важко киплячий компонент (ТКК)
W
1 = 8000 (кг / год)
а
1 = 36.0 (% вага)
а
0 = 5.0 (% вага)
а
2 = 85 (% вага)
Pгп = 3.0 (ата)
tн = t
1 Ma = 58 (г / моль)
Mв = 32 (г / моль)
Матеріальний баланс процесу Переклад вагових концентрацій у молярний: X
1 = (а
1 / Ma) / (a
1 / Ma) + (1-a
1 / MВ) = 0.24 мд = 24 (% мольний)
X
0 = (а
0 / Ma) / (a
0 / Ma) + (1-a
0 / MВ) = 0.028 мд = 2.8 (% мольний)
X
2 = (а
2 / Ma) / (a
2 / Ma) + (1-a
2 / MВ) = 0.76 мд = 76 (% мольний)
W
1 = W
0 + П
W
1 * X
1 = W
0 * X
0 + П * X
2 1 / M
1 = a
1 / Ma + (1-a
1) / mв = 0.0262 => М1 = 38.17 г / моль
W
1 [кг / год] = 2.2 [кг / сек]
W
1 [кмоль / сек] = W
1 [кг / сек] / M
1 = 0.058 кмоль / сек
W
0 = W
1 * (X
2-X 1) / (X
2-X 0) = 0.041 кмоль / сек
П = W
1 * (X
1-X 0 / X
2-X 0) = 0.017 кмоль.сек
Перевірка балансу: W
1 = W
0 + П = 0.058 кмоль / сек => баланс зійшовся
Побудова робочих ліній процесу x
| 0
| 5
| 10
| 20
| 30
| 40
| 50
| 60
| 70
| 80
| 90
| 100
| -
|
y
| 0
| 10,2
| 18,6
| 32
| 42,8
| 51,3
| 58,6
| 65,6
| 72,5
| 80
| -
| 100
| 80
|
t
| 64,5
| 63,6
| 62,5
| 60
| 58,7
| 57,6
| 56,7
| 56
| 55,3
| 55,05
| -
| 56,1
| 55,03
|
y = y2 / (R + 1) + R / (R + 1) * x (R = W / П)
y = y2 / (R + 1) + R / (R + 1) * xy = y2 / (R + 1) + R / (R + 1) * x
y = x (I) x = 0 (II)
Вирішивши системи (I) і (II) отримаємо:
x = y
2 b = y
2 / (R + 1)
Rmin = (y
2 - y
1) / (y
1-x 1) = 3 => R = 1.3 * Rmin + 0.3 = 4.2 => b = 0.15
Визначення числа теоретичних тарілок у зміцнювальної і отгонной колонах Nтеор (у.к) = 18
Nтеор (О.К) = 7
Визначення числа дійсних тарілок Xср = (X
1 + X
2) / 2 = 0.5 мд
=> Yср = 0.58 мд
=> Tср = 56
0 С
ср (у.к) = (Yср - (Yср * Xср)) / (Xср - (Yср * Xср)) = 1.38
tср = 56
0 С => (ПРН)
=> ацето = 0.236 сП; мет = 0.385 сП
см = ( ацето ^ Xср) * ( мет ^ (1-Xср)) = 0.3 сП
[ ср (у.к) * см] = 0.414
т (у.к) = 0.51 - 0.325 * Lg [ ср (у.к) * см] = 0.63
Nдейств (у.к) = Nтеор (у.к) / т (у.к) = 28.6 приймаємо 29
Xср = (X
0 + X
1) / 2 = 0.134 мд
=> Yср = 0.24 мд
=> Tср = 61
0 С
ср (О.К) = (Yср - (Yср * Xср)) / (Xср - (Yср * Xср)) = 2.08
tср = 61
0 С => (ПРН)
=> ацето = 0.23 сП; мет = 0.351 сП
см = ( ацето ^ Xср) * ( мет ^ (1-Xср)) = 0.33 сП
[ ср (О.К.) * см] = 0.69
т (О.К.) = 0.51 - 0.325 * Lg [ ср (О.К.) * см] = 0.56
Nдейств (О.К.) = Nтеор (О.К.) / т (О.К.) = 12.5 приймаємо 13
Визначення діаметра колони Д = П (R + 1) = 0.088 кмоль / сек
Д * 22.4 * ((273 + t
2) / 273) * 1/Pраб = (ПDк ^ 2) / 4 * Wп
Y
2 = X
2 => t
2 = 55
0 C
Wп = 0.059SQR ( ж / п * HТ) HТ = 0.4м
1 / ж = a
2 / ацето + (1 - а
2) / мет = 1.24 * 10 ^ (-3)
ж = 808 кг / м
3 п = P / RT = 2.2 кг / м
3 Wп = 0.72 м / сек
Dк (в) = 2.05 м
Д * 22.4 * ((273 + t
2) / 273) * 1/Pраб = (ПDк ^ 2) / 4 * Wп
t
0 = 64.2
0 C
Wп = 0.059SQR ( ж / п * HТ) HТ = 0.4м
1 / ж = a
0 / ацето + (1 - а
0) / мет = 1.25 * 10 ^ (-3)
ж = 800 кг / м
3 п = P / RT = 1.18 кг / м
3 Wп = 0.97 м / сек
Dк (н) = 1.79 м
Dк (в) = 2.05 м
Dк (н) = 1.79 м => Dк = 2050мм
Hраб = (Nдейств - 1) * HТ = 16.4 м
Тепловий баланс колони Qрект + W
1 q
1 + Wq
2 = Дi
2 + W
0 q
0 Д = П (R + 1) W = ПR i
2 = q
2 + r
2 Qрект = ПR r
2 + Пi
2 + W
0 q
0-W 1 q
1 t
0 = 64.2
0 C => Cацет = 0.56 * 4.19 * 58 = 136.1 кДж / кмоль До
Кошторисів = 0.65 * 4.19 * 32 = 87.2 кДж / кмоль До
З
0 = Cацет * X
0 + Смет * (1 - X
0) = 88.6 кДж / кмоль До
q
0 = C
0 * t
0 = 5688.12 кДж / кмоль
r
2 = r
ацето * y
2 + r
мет (1 - y
2) t
2 = 55
0 C => r
ацето = 519.6 кДж / кг
r
мет = 1110.4 кДж / кг
r
2 = 31431.8 кДж / кмоль
З
1 = Сацет * Х
1 + Смет (1 - Х
1) = 98. 9 кДж / кмоль До
З
2 = Сацет * Х
2 + Смет (1 - Х
2) = 124. 4 кДж / кмоль До
i
2 = q
2 + r
2 = C
2 * t
2 + r
2 = 38273.8
q
1 = C
1 * t
1 = 5835.1 кДж / кмоль До
Qрект = 2790 кДж / сек
Qконд = Д * r
2 = П * (R +1) * r
2 = 2778.57 кДж / сек
Перевіряємо: Qрект = Qконд вірно
Поверхня кубового кип'ятильника Pгп = 3 ата => tгп = 132.9
0 C
t
0 = 64.2
0 C
t = tгп - t
0 = 68.7
0 C
Fкуба = Qрект /
Куба * t = 36.9 м
2 Dгп = 1.05 * Qрект / r гп = 1.35
Конденсатор Gводи = Qконд / (Склепіння * (tв''- tв ')) = 33.16 кг / сек
t = (
1 -
2) / Ln (
1 /
2) = 33.9
0 C
F = Qконд / Kконд * t = 117м2