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
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
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
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) * 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