Титульный лист
Содержание
Введение 3
Задание на курсовой проект 4
Материальный баланс процесса ректификации 5
Определение размеров колонны 9
Тепловой баланс процесса ректификации 10
Расчет дефлегматора 15
Заключение 19
Список использованной литературы 20
Введение
Ректификация (от позднелатинского rectificatio — выпрямление, исправление), один из способов разделения жидких смесей, основанный на различном распределении компонентов смеси между жидкой и паровой фазами. При ректификации потоки пара и жидкости, перемещаясь в противоположных направлениях (противотоком), многократно контактируют друг с другом в специальных аппаратах (ректификационных колоннах), причём часть выходящего из аппарата пара (или жидкости) возвращается обратно после конденсации (для пара) или испарения (для жидкости). Такое противоточное движение контактирующих потоков сопровождается процессами теплообмена и массообмена, которые на каждой стадии контакта протекают (в пределе) до состояния равновесия; при этом восходящие потоки пара непрерывно обогащаются более летучими компонентами, а стекающая жидкость — менее летучими. При затрате того же количества тепла, что и при дистилляции, ректификация позволяет достигнуть большего извлечения и обогащения по нужному компоненту или группе компонентов. Ректификация широко применяется как в промышленном, так и в препаративном и лабораторном масштабах, часто в комплексе с другими процессами разделения, такими, как абсорбция, экстракция и кристаллизация.
Задание на курсовой проект
Выполнить проект ректификационной установки непрерывного действия для разделения бинарной смеси (сероуглерод – тетрахлорид углерода). Тип колонны – тарельчатая ситчатая. Колонна работает под атмосферным давлением. Исходная смесь, содержащая ХF=40% низкокипящего компонента, имеет температуру tH=20?С и перед подачей в колонну подогревается в кожухотрубчатом теплообменнике до температуры кипения. Давление греющего пара P=0,1 МПа. Расход исходной смеси GF=2,0 кг/с. Содержание низкокипящего компонента в дистилляте XD=95%, в кубовом остатке XW=5%. В дефлегматоре пары дистиллята конденсируются полностью. Продукты разделения охлаждаются в холодильниках до tK=30?С. Начальную температуру охлаждающей воды принять tB=10?С.
Выполнить подробный расчет ректификационной колонны и дефлегматора.
Материальный баланс процесса ректификации
Пересчитаем молярные доли компонент в массовые и рассчитаем массовые расходы дистиллята GD и кубового остатка GW. результаты запишем в виде таблицы.
Средние молярные массы определяют по формуле:
М=х•Мнк+(1-х)Мвк
г/моль
г/моль
Таблица 1
Состав и расходы потоков
Поток
Средняя молярная масса, кмоль/кг
Состав
Расход
Молярные доли, %
Массовые доли, %
кмоль/с
кг/с
Исходная смесь
МF
122,74
хF
40
24,81
GF
245,48
2,0
Дистиллят
MD
80,01
xD
95
90,39
GD
40,56
0,507
Кубовый остаток
MW
149,94
xW
5
2,54
GW
223,86
1,493
Для расчета массовых расходов дистиллята Gд и кубового остатка Gк необходимо решить систему уравнений, состоящую из уравнений материального баланса по потокам
GD+GW=GF (1)
И по легколетучему компоненту
GD+GW=GF (2)
GD+GW=2,0
GD·90,39+ GW·2,54=2,0·24,81
Решая систему уравнений материального баланса, получим GD=0,507 кг/с, GW=1,493 кг/ч
Относительный мольный расход питания:
Используя справочные данные (табл. 2), строим равновесную кривую (рис.1).
Таблица 2
Равновесные составы жидкости (x) и пара (y) в мол. долях (в %) и температуры кипения (t) в °С двойных смесей при давлении (P) 760 мм рт. ст.
x
0
5
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
y
0
13,2
24
42,3
54,4
64,5
72,6
79,1
84,8
90,1
95
100
t
76,7
73,7
71
66
62,3
59
56,1
53,7
51,6
49,6
47,9
46,3
Рис. 1. Кривая равновесия бинарной смеси СS2 – ССl4 при Р=760 мм рт.ст.
Определяем минимальное число флегмы по уравнению:
,
где, =0,645 – мольная долю сероуглерода в паре, равновесном с жидкостью питания, определяем по диаграмме у* - х.
Рабочее число флегмы:
R=1,3·RМИН+0,3=1,3·1,245+0,3=1,918
Уравнение рабочих линий:
а) верхней (укрепляющей) части колонны:
б) нижней (исчерпывающей) части колонны: