Средние нагрузки по жидкости и пару отдельно для верхней и нижней части колонны.

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по процессам и аппаратам химической технологии:

“Расчет насадочной ректификационной колонны

непрерывного действия”

                                                                    Выполнил: студентка группы К–43

                                                                          Марченко Т.Н.

                                                        Проверил: Хожаинов Ю.М.

Москва 2004

Условие к заданию

Рассчитать ректификационную колонну непрерывного действия для разделения бинарной смеси ацетон – вода. Дается производительность колонны по исходной смеси F = 4000 кг/час.

Содержание легколетучего компонента (% массовые)

· в исходной смеси – 30 %

· в дистилляте – 95 %

· в кубовом остатке – 0,3 %

Давление в паровом пространстве дефлегматора Р = 1 атм. Ректификационная колонна насадочная (кольца Рашига) 50×50×5.

Режим течения жидкости – плёночный.

Справочные данные состава жидкости (х) и пара (y) по наиболее высококипящему компоненту (ацетону) представлены в таблице № 1

Табл. № 1

Материальный баланс колонны и рабочее флегмовое число

1.1 Производительность колонны по дистилляту Р и кубовому остатку W определим из уравнений материального баланса колонны:

F-расход исходной смеси, кг/с          F= =1,1 (кг/с)  

=30%  

=95%   (в массовых долях)

 =3%       

где:

W- расход кубового остатка, кг/с;

P- расход дистиллята, кг/с;

X_F -концентрация легколетучего компонента в исходной смеси (X_F=0,3)

X_W -концентрация легколетучего компонента в кубовом остатке (X_W=0,03)

X_P -концентрация легколетучего компонента в дистилляте (X_P=0,95)

отсюда:

1.2 Для дальнейших расчетов выразим концентрации питания, дистиллята и кубового остатка в мольных долях, а также найдем относительный мольный расход питания.

Молекулярная масса ацетона (ац) M_ац= 58 кг/кмоль;

Молекулярная масса воды (в) М_в= 18 кг/кмоль;

Исходная смесь:

Дистиллят:

Кубовый остаток:

Относительный мольный расход питания:

Найдем минимальное флегмовое число R_min из уравнения :

Из графика “Зависимость температуры кипения системы от состава жидкости и пара” (график № 1) определим равновесное состояние пара:

Из графика t = f(x,y) =>

1.3 Задавшись различными коэффициентами избытка флегмы b, определим соответствующие флегмовые числа.

Графическим построением ступеней изменения концентраций между равновесной и рабочими линиями находим N.

Точка пересечения рабочих линий зависит от величины , которая изменяется с изменением R (так как x_p=const).

Для графического определения рабочего (оптимального) флегмового числа построим график зависимости N(R+1) от R, где N – число ступеней изменения концентраций или теоретических тарелок.

Из графика № 2 находим:

· оптимальное флегмовое число R_раб = 0,29

· коэффициент избытка флегмы β = 2,5

· число ступеней N = 4

Оптимальное флегмовое число в дальнейшем будем использовать для нахождения уравнения рабочих линий укрепляющей и исчерпывающей части ректификационной колонны.

Средние нагрузки по жидкости и пару отдельно для верхней и нижней части колонны.

 Определим массовые расходы жидкости для верхней и нижней части колонны из соотношений:

где:

M_P и M_F – мольные массы дистиллята и исходной смеси;

M_В и M_Н – средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны;

Мольные массы:

Дистиллята:              M_p=58×0,85+18×(1-0,85)=52

Исходной смеси:         M_F=58×0,117+18×(1-0,117)=22,68

Кубового остатка:  M_w=58×0,0095+18×(1-0,0095)=18,38

Средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны:

где:

М_ац и М_в- мольные массы ацетона и воды соответственно

Хср.в и Хср.н –средний мольный состав жидкости в верхней и нижней частях колонны.

Средние массовые расходы по жидкости:                       

L_в=0,72

L_н=1,03

Средние массовые потоки пара в верхней G_в и нижней G_н  частях колонны:

где:

М’_в и М’_н средние мольные массы паров в верхней и нижней частях колонны.

где:

Средние массовые расходы по пару:           

G_в=0,386

G_н=0,253