Установка для непрерывной ректификации смеси ацетон – этанол

Metodichka.pdf

Министерство образования Российской Федерации
Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева
Физические свойства наиболее известных химических веществ:
Справочное пособие РХТУ им. Д. И. Менделеева. –М. 2003. –24 с.
В справочном пособии приведены таблицы наиболее достоверных величин
важнейших физических свойств неорганических и органических веществ
используемых в химической технологии.
Вся приведённая информация почерпнута из многочисленных научных
публикаций и представляет собой экспериментальные данные разных
исследователей систематизированные и обработанные автором настоящего пособия.
химико-технологических
специальностей вузов при выполнении практических расчётов курсовом и
дипломном проектировании. Оно может быть использовано также специалистами
проектных организаций и инженерно-техническими работниками предприятий.
© Бобылёв В. Н. 2003
© Российский химико-технологический
университет им. Д. И. Менделеева 2003
a – температуропроводность;
ср – удельная теплоёмкость;
D – коэффициент диффузии;
t – температура Цельсия;
v" – удельный объём пара;
– коэффициент объёмного
λ – теплопроводность;
– динамическая вязкость;
– кинематическая вязкость;
Приставки и множители для образования десятичных кратных и дольных единиц
НаименоНаименожитель
Символ Атомная масса
кДжкг Дж(кг·К) Вт(м·К)
водяного пара в состоянии насыщения
в зависимости от температуры
в зависимости от давления
кипения водных растворов неорганических
при атмосферном давлении 1013 кПа
Плотность и вязкость
растворов неорганических
Плотность ρ [кгм3] и динамическая вязкость [Па·с] водного раствора
неорганического вещества с массовой долей растворённого компонента
w [кгкг] при температуре t [°С] могут быть рассчитаны по уравнениям:
ρ = ρaq × exp w × a + a × 10 4 × t a ×10 6 × t 2
= aq × exp w × b1 + b2 ×10 2 × t b3 × 10 7 × t 2
где ρaq – плотность воды при данной температуре кгм3;
aq – вязкость воды при данной температуре Па·с;
ai и bi – коэффициенты значения которых приводятся ниже:
Удельная теплоёмкость ср [Дж(кг·К)] и теплопроводность λ [Вт(м·К)]
водного раствора неорганического вещества с массовой долей растворённого
компонента w [кгкг] при температуре t [°С] могут быть рассчитаны по
c p = c p aq w × d d × w d × t + d ×10 3 × t 2
λ = λ aq × ( 1 f × w )
где ср aq – удельная теплоёмкость воды при данной температуре Дж(кг·К);
λ aq – теплопроводность воды при данной температуре Вт(м·К);
di и f – коэффициенты значения которых приводятся ниже:
Свойства газов при нормальных условиях
(То = 27315 К ро = 101325 Па)
П р и м е ч а н и я : 1. В таблице приведены значения коэффициентов диффузии (Dо) газов в воздухе.
С – константа Сазерленда.
Свойства газов при температуре Т и давлении р (не более 1 МПа) отличных от нормальных физических могут быть рассчитаны по уравнениям:
Теплопроводность λ [Вт(м·К)]
при температуре t (°C)
λ = 0123 + 0000186·t
λ = 0140 + 0000233·t
λ = 0065 + 0000198·t
λ = 0143 + 0000186·t
λ = 0144 + 0000140·t
λ = 0122 + 0000104·t
λ = 0056 + 0000186·t
λ = 0092 + 0000069·t
λ = 00878 + 0000175·t
λ = 00395 + 0000350·t
Теплопроводность [Вт(м·К)] при температуре (°C)
Термические сопротивления загрязнений
теплообменной поверхности аппаратов
Вода дистиллированная
Неорганические кислоты
Органические жидкости
Раствор щелочной (МЭА)
Теплоносители органические
Символы и наименования физических величин . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Приставки и множители для образования десятичных кратных и дольных единиц . .
Атомные массы некоторых элементов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Физические свойства воды на линии насыщения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Свойства водяного пара в состоянии насыщения в зависимости от температуры . . .
Свойства водяного пара в состоянии насыщения в зависимости от давления . . . . .
Концентрации насыщенных водных растворов неорганических веществ . . . . . . .
Температуры кипения водных растворов неорганических веществ
при атмосферном давлении 1013 кПа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Плотность и вязкость водных растворов неорганических веществ . . . . . . . . . . .
Теплоёмкость и теплопроводность водных растворов неорганических веществ . . . . 11
Свойства газов при нормальных условиях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Основные характеристики органических веществ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Плотность органических жидкостей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Динамическая вязкость органических жидкостей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Поверхностное натяжение органических жидкостей . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Коэффициенты объёмного теплового расширения органических жидкостей . . . . .
Теплоёмкость органических жидкостей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Теплопроводность органических жидкостей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Теплота парообразования органических жидкостей . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Давление насыщенного пара над органической жидкостью . . . . . . . . . . . . . . .
Вязкость паров органических веществ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Теплопроводность термоизоляционных материалов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Теплопроводность сталей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Термические сопротивления загрязнений теплообменной поверхности аппаратов . .

Skhema.cdw

Колонна ректификационная
Вентиль регулирующий
Условное обозначение
Наименование среды в
Вода оборотная (подача)
Паро-жидкостная смесь
Установка ректификационная.
Технологическая схема

Kolonna.cdw

1. При изготовлении испытании и постановке аппарата
должны выполняться требования:
а) ГОСТ 12.2.003-74 "Оборудование производственное.
Общие требования безопасности";
б) ОСТ 26-291-79 "Сосуды и аппараты стальные
сварные. Технические требования".
Сварные соединения должны соответствовать
требованиям ОСТ 26-01-82-77 "Сварка в химическом
Сварные швы в объеме 100% контролировать
рентгенопросвечиванием.
Части колонны соприкасающиеся с разделяемыми
жидкостями или их парами изготовить из стали
Х18Н10Т ГОСТ 5949-75
остальные элементы колонны - из стали ВСТ 3сп3.
Аппарат испытать на прочность и плотность гидравлически
в горищонтальном положении под давлением 10 МПа
в вертикальном положении - под наливом.
Действительное расположение штуцеров цапф штырей
Не указанный вылет штуцеров - 150 мм.
Размеры для справок.
Аппарат предназначен дляразделения смеси
ацетон-изопропанол концентрацией 37% (масс.)
Давление в колонне 1 атм.
Производительность 17 тч.
Колонна насадочного типа насадка -
керамические кольца Рашига неупорядоченные
Высота насадки - 38639 м.
Температура среды в кубе - 805
Кольца Рашига 50х50х5
Выход жидкости из куба
Выход кубового остатка
Колонна ректификационная
Схема расположения штуцеровлюковцапфштырей
Технически требования
Техническая характеристика

Proekt po pakhtu.doc

Министерство образования Российской Федерации
Российский Химико-Технологический университет
им. Д. И. Менделеева
Кафедра процессов и аппаратов химической технологии
Пояснительная записка
к курсовому проекту по процессам и аппаратам химической технологии
установка для непрерывной ректификации
смеси ацетон – этанол
Технологическая схема процесса ректификации 5
Физико-химические свойства разделяемой смеси 7
Расчет ректификационной колонны непрерывного действия 11
1. Материальный баланс колонны и расчет рабочего флегмового числа 11
2. Расчет скорости пара и диаметра колонны 16
3. Расчет высоты насадки 19
Тепловой баланс ректификационной колонны 25
1. Тепловой расчет подогревателя исходной смеси 26
2. Тепловой расчет испарителя 30
3. Тепловой расчет дефлегматора 33
4. Тепловой расчет холодильника дистиллята 36
5. Тепловой расчет холодильника кубового остатка 40
Расчет и подбор диаметров трубопроводов 44
Расчет конденсатоотводчиков 51
Выбор насоса для подачи исходной смеси 52
Список использованной литературы 54
В ряде производств химической нефтяной пищевой и других отраслей
промышленности в результате различных технологических процессов получают
смеси жидкостей которые необходимо разделить на составные части.
Для разделения смесей жидкостей и сжиженных газовых смесей в
промышленности применяют способы простой перегонки (дистилляции) перегонки
под вакуумом и с водяным паром молекулярной перегонки и ректификации.
Ректификацию широко используют в промышленности для полного разделения
смесей летучих жидкостей частично или целиком растворимых одна в другой.
Сущность процесса ректификации сводится к выделению из смеси двух или
в общем случае нескольких жидкостей с различными температурами кипения
одной или нескольких жидкостей в более или менее чистом виде. Это
достигается нагреванием и испарением такой смеси с последующим многократным
тепло- и массообменом между жидкой и паровой фазами; в результате часть
легколетучего компонента переходит из жидкой фазы в паровую а часть менее
летучего компонента — из паровой фазы в жидкую.
Процесс ректификации осуществляют в ректификационной установке
включающей ректификационную колонну дефлегматор холодильник-конденсатор
подогреватель исходной смеси сборники дистиллята и кубового остатка.
Дефлегматор холодильник-конденсатор и подогреватель представляют собой
обычные теплообменники. Основным аппаратом установки является
ректификационная колонна в которой пары перегоняемой жидкости поднимаются
снизу а навстречу парам сверху стекает жидкость подаваемая в верхнюю
часть аппарата в виде флегмы. В большинстве случаев конечными продуктами
являются дистиллят (сконденсированные в дефлегматоре пары легколетучего
компонента выходящие из верхней части колонны) и кубовый остаток (менее
летучий компонент в жидком виде вытекающий из нижней части колонны).
Процесс ректификации может протекать при атмосферном давлении а
также при давлениях выше и ниже атмосферного. Под вакуумом ректификацию
проводят когда разделению подлежат высококипящие жидкие смеси.
Повышенные давления применяют для разделения смесей находящихся в
газообразном состоянии при более низком давлении. Степень разделения
смеси жидкостей на составляющие компоненты и чистота получаемых
дистиллята и кубового остатка зависят от того насколько развита
поверхность фазового контакта а следовательно от количества орошающей
жидкости (флегмы) и устройства ректификационной колонны.
В промышленности применяют колпачковые ситчатые насадочные
пленочные трубчатые колонны и центробежные пленочные ректификаторы. Они
различаются в основном конструкцией внутреннего устройства аппарата
назначение которого — обеспечение взаимодействия жидкости и пара. Это
взаимодействие происходит при барботировании пара через слой жидкости на
тарелках (колпачковых или ситчатых) либо при поверхностном контакте пара и
жидкости на насадке или поверхности жидкости стекающей тонкой пленкой.
Технологическая схема процесса ректификации.
Исходную смесь ацетон - этанол из промежуточной емкости 1 центробежным
насосом 2 подают в теплообменник 3 где она подогревается до температуры
кипения. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну
на тарелку питания где состав жидкости равен составу исходной смеси хf .
Стекая вниз по колонне жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх
паром образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильник 4.
Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка хw т.е.
обеднен легколетучим компонентом. Для более полного обогащения верхнюю
часть колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом жидкостью
(флегмой) состав хр получаемой в дефлегматоре 6 путем конденсации пара
выходящего из колонны. Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде
готового продукта разделения – дистиллята который охлаждается в
теплообменнике 7 и направляется в промежуточную емкость 8 .
Технологическая схема ректификационной установки.
– емкость для исходной смеси; 2 9 – насосы; 3 – теплообменник-
подогреватель; 4 – кипятильник; 5 – ректификационная колонна; 6 –
дефлегматор; 7 – холодильник дистиллята; 8 – емкость для сбора дистиллята;
– холодильник кубовой жидкости; 11 – емкость для кубовой жидкости.
Из кубовой части колонны насосом 9 непрерывно выводится кубовая
жидкость – продукт обогащенный труднолетучим компонентом который
охлаждается в теплообменнике 10 и направляется в емкость 11.
Таким образом в ректификационной колонне осуществляется непрерывный
равновесный процесс разделения исходной бинарной смеси на дистиллят (с
высоким содержанием легколетучего компонента – ацетона) и кубовый остаток
(обогащенный труднолетучим компонентом – этанолом).
Физико-химические свойства разделяемой смеси.
Молярная масса сероуглерода МС = 76143 кгкмоль
Молярная масса тетрахлорметана МТ = 153822 кгкмоль
Молярная масса дистиллята МР = 7808 кгкмоль
Молярная масса исходной смеси МF = 12275 кгкмоль
Молярная масса кубового остатка МW = 15149кгкмоль
Молярная масса смеси в верхней части колонны МВ = 1004 кгкмоль
Молярная масса смеси в нижней части колонны МН = 1371 кгкмоль
Молярная масса паров смеси в верхней части колонны МВ( = 9342
Молярная масса паров смеси в нижней части колонны МН( = 13118
Мольная доля легколетучего компонента в исходной смеси ХF = 04 мол.
Мольная доля легколетучего компонента в дистилляте ХР = 0975 мол.
Мольная доля легколетучего компонента в кубовом остатке ХW = 003 мол.
Мольная доля легколетучего компонента в смеси в верхней части колонны
ХВ = 06875 мол. доли
Мольная доля легколетучего компонента в смеси в нижней части колонны
Мольная доля легколетучего компонента в паровой смеси в верхней части
колонны УВ = 0778 мол. доли
Мольная доля паров легколетучего компонента в паровой смеси в нижней
части колонны УН = 02915 мол. доли
Плотность паровой смеси в верхней части колонны (В = 35 кгм3
Плотность паровой смеси в нижней части колонны (Н = 473 кгм3
Вязкость смеси при температуре 20(С ( = 038 мПа(с
Плотность смеси при температуре 20(С ( = 9946 кгм3
Мольный объем сероуглерода ( = 49
Мольный объем тетрахлорметана ( = 105
Динамическая вязкость паров смеси при температуре верха колонны ( =
Динамическая вязкость паров смеси при температуре низа колонны ( =
Динамическая вязкость смеси при температуре верха колонны ( = 0325
Динамическая вязкость смеси при температуре низа колонны ( = 0480
Поверхностное натяжение смеси при температуре верхе колонны ( = 1875
Поверхностное натяжение смеси при температуре низа колонны ( = 1769
Температура кипения исходной смеси tF = 6456 ºС
Теплоемкость исходной смеси сF = сС ( хF + сТ ( (1 – хF) = 1029 ( 04
+ 924 ( 06 = 966 Дж(кг(К)
Энтальпия исходной смеси НF = tF ( сF = 6456 ( 0966 = 6236 кДжкг
Температура кипения дистиллята tР = 469 ºС
Теплоемкость дистиллята сР = сС ( хР + сТ ( (1 – хР) = 1017 ( 0975 +
+ 899 ( 0025 = 1014 Дж(кг(К)
Энтальпия дистиллята НР = tР ( сР = 469 ( 1014 = 4756 кДжкг
Теплота испарения дистиллята rР = rС ( хР + rТ ( (1 – хР) = 3535 (
+ 2022 ( 0025 = 3576 кДжкг
Температура кипения кубового остатка tW = 759 ºС
Теплоемкость кубового остатка сW = сС ( хW + сТ ( (1 – хW) = 1037 (
+ 936 ( 097 = 1219 Дж(кг(К)
Энтальпия кубового остатка НW = tW ( сW = 759*1219 = 9252 кДжкг
Теплота испарения кубового остатка rW = rС ( хW + rТ ( (1 – хW) =
= 3347 ( 003 + 1912 ( 097 = 1955 кДжкг
Плотность жидкости в месте ввода в колонну
[pic] следовательно [pic]
Поверхностное натяжение жидкости вверху колонны:
В = С ( хсрВ + Т ( (1 – хсрВ) = 246 ( 06875 + 2965[pic]03125=
Поверхностное натяжение жидкости низу колонны:
H =А ( хсрH + Э ( (1 – хсрH)=233 ( 0215+2811 ( (1–0215)= 2706
Средняя температура исходной смеси в подогревателе исходной смеси t =
Физико-химические свойства исходной смеси при этой температуре:
Теплоемкость сР = 2551 кДжкг
Плотность ( = 7666 кгм3
Динамическая вязкость ( = 0665 мПа(с
Теплопроводность ( = 0157 Вт(м(К)
Давление греющего пара 3 ата физико-химические свойства пара и
конденсата при таком давлении:
Удельная теплота парообразования r = 2171 кДжкг
Динамическая вязкость ( = 02086 мПа(с
Плотность ( = 9321 кгм3
Теплопроводность ( = 06833 Вт(м(К)
Температура смеси в испарителе t = 782(С
Плотность ( = 7339 кгм3
Динамическая вязкость ( = 0451 мПа(с
Удельная теплота парообразования r = 8389 кДжкг
Поверхностное натяжение ( = 1752 мДжм2
Теплопроводность ( = 0153 Вт(м(К)
Плотность пара ( = 16 кгм3
Средняя температура охлаждающей воды в дефлегматоре и холодильниках t
Теплоемкость сР = 41788 кДжкг
Динамическая вязкость ( = 0833 мПа(с
Теплопроводность ( = 06104 Вт(м(К)
Пар охлаждающийся в дефлегматоре имеет физико-химические свойства
Плотность конденсата ( = 7497 кгм3
Динамическая вязкость конденсата ( = 0236 мПа(с
Теплопроводность ( = 0148 Вт(м(К)
Удельная теплота парообразования r = 5028 кДжкг
Средняя температура дистиллята в холодильнике t = 43(С
Теплоемкость сР = 2240 кДжкг
Плотность ( = 7663 кгм3
Динамическая вязкость ( = 0269 мПа(с
Средняя температура кубового остатка в холодильнике t = 541(С
Теплоемкость сР = 2719 кДжкг
Плотность ( = 7583 кгм3
Динамическая вязкость ( = 0647 мПа(с
Теплопроводность ( = 0158 Вт(м(К)
Расчет ректификационной колонны непрерывного действия.
Расчет ректиификационной колоны сводится к определению ее основных
геометрических размеров - диаметра и высоты. Оба параметра в значительной
мере определяются гидродинамическим режимом работы колоны который в свою
очередь зависит от скоростей и физических свойств фаз а также от типа и
При расчете ректификационной установки приняты следующие допущения:
) молярные теплоты испарения компонентов при одной и той же
температуре приблизительно одинаковы (правило Трутона)
поэтому каждый кмоль пара при конденсации испаряет 1 кмоль
жидкости. Поэтому мольные потоки пара в любом сечении колонны
) в дефлегматоре не происходит изменения состава пара;
) при испарении жидкости в кипятильнике не происходит изменения
) теплоты смешения компонентов разделяемой смеси равны нулю.
1. Материальный баланс колонны и расчет рабочего флегмового числа.
Производительность колонны по дистилляту Р и кубовому остатку W
определим из уравнений материального баланса [1]:
где F – расход исходной смеси кгс;
W – расход кубового остатка кгс;
P – расход дистиллята кгс;
(XF – концентрация легколетучего компонента в исходной смеси;
(XW – концентрация легколетучего компонента в кубовом остатке;
(XP – концентрация легколетучего компонента в дистилляте.
По условиям задания:
F = 10 тч = 10 ( 10003600 = 278 кгс
Подставив данные значения находим:
Пересчитываем содержание легколетучего компонента из массовых долей в
Содержание легколетучего компонента в исходной смеси [pic]
Содержание легколетучего компонента в дистилляте (ректификате) [pic]
Содержание легколетучего компонента в кубовом остатке [pic]
где МА – молярная масса сероуглерода (МА = 76143 кгкмоль);
МЭ – молярная масса тетрахлорметана (МЭ = 153822 кгкмоль).
Минимальное флегмовое число равно:
где хF хр – мольные доли легко летучего компонента соответственно в
исходной смеси и дистилляте кмолькмоль смеси;
[pic] - концентрация легколетучего компонента в паре находящемся в
равновесии с исходной смесью кмолькмоль смеси.
Равновесные данные по смеси сероуглерод – тетрахлорметан возьмем из
[3] при Р = 760 мм рт.ст.:
Строим диаграммы равновесия между жидкостью и паром при постоянном
давлении в координатах у – х и t – ху.
При [pic]содержание пара равно [pic]
Задавшись различными значениями коэффициентов избытка флегмы (
находим соответствующие флегмовые числа. Графическим построением ступеней
изменения концентраций между равновесной и рабочими линиями на диаграмме у
– х найдем необходимое количество при каждом значении избытка флегмы.
Результаты расчета сведем в таблицу [1]:
R 2915 318 371 424 477
N 239 212 172 157 147
N(R + 1) 936 886 810 823 848
Строим график зависимости N(R + 1) = f(R). Оптимальное флегмовое число
соответствует минимальному произведению N(R + 1) поэтому оптимальное
флегмовое число равно R = 224.
Средние массовые расходы (нагрузки) по жидкости для верхней и нижней
части колонны определяют из соотношений:
где MP и MF – мольные массы дистиллята и исходной смеси;
MВ и MН – средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях
Мольные массы равны:
Дистиллят MP = 76143 ( 0975 + 153822 ( (1 – 0975) = 7808
Исходная смесь MF = 76143 ( 04 + 153822 ( (1 – 04) = 12275
Кубовый остаток MW = 76143 ( 003 + 153822 ( (1 – 003) = 15149
Средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны:
где МС и МТ – мольные массы сероуглерода и тетрахлорметана
Хср.в и Хср.н – средний мольный состав жидкости в верхней и нижней
Средние массовые расходы по жидкости:
Средние массовые потоки пара в верхней Gв и нижней Gн частях колонны:
где М’в и М’н средние мольные массы паров в верхней и нижней частях
колонны которые равны:
М’в = МС( yср.в + МТ ( (1 – yср.в) = 76143 ( 0778 + 153822(1 –
М’н = МСyср.н + МТ( (1 – yср.н) = 76143 ( 02915 + 153822(1 – 02915)
где средние мольные доли пара в верхней и нижней частях колонны
yср.в = (yp + yF)2 = (0976 + 058)2 = 0778 кмолькмоль
yср.н = (yF + yw)2 = (058 + 003)2 = 02195 кмолькмоль
yp yF yw определяем из графика х-у.
Gв = 07(224+1) ( 93427808 = 271 кгс
Gн = 07(224+1) ( 131187808 = 383 кгс
2. Расчет скорости пара и диаметра колонны.
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 принять на 20-30% ниже
скорости захлебывания [1].
Предельную фиктивную скорость пара wП определяют по уравнению:
где (х (у – средняя плотность соответственно жидкости и газа в
соответствующей части колонны кгм3;
а – удельная поверхность насадки м2м3; а = 200 м2м3 [1 с. 196];
( - свободный объем; ( = 074 [1 с. 196];
Х – вязкость жидкости при соответствующих температурах мПа(с;
L G – расходы жидкости и пара соответственно в соответствующих частях
Найдем плотности пара в верхней и нижней частях колонны при средних
температурах tВ tН. Средние температуры паров определим по диаграмме t –
ху по средним составам фаз tВ = 52(С tН = 65(С.
Плотность физических жидкостей подчиняется закону аддитивности:
где (ХСРВ (ХСРН – средние массовые доли компонента в жидкой смеси;
(А (Э – плотности соответственно ацетона и этанола при средней
Плотности жидкостей равны:
Вязкость жидкости в верхней и нижней частях колонны определяется:
Предельные фиктивные скорости пара в верхней и нижней частях колонны
Примем рабочую скорость на 30% ниже предельной:
wВ = 07(1335 =093 мс
wН = 07(0969 =068 мс
Диаметр колонны рассчитаем по формуле:
Рассчитываем отдельно диаметр нижней и верхней части колонны:
Выбираем стандартный диаметр обечайки колонны D = 14 м [1 с.197].
При этом диаметре рабочая скорость пара в верхней и нижней частях колонны
Что составляет соответственно 38 и 54 % от предельных скоростей.
3. Расчет высоты колонны.
Высоту насадки Н рассчитывают по модифицированному уравнению
где n0у – общее число единиц переноса по паровой фазе;
h0у – общая высота единицы переноса м.
Общее число единиц переноса равно:
Этот интеграл можно решить графически построив график зависимости
(у* – у) = f(у). Данные для графического построения приведены в таблице:
у у* у* – у 1(у* – у)
Построив график зависимости 1(у* – у) = f(у) находим число единиц
переноса в верхней n0уВ и нижней n0уН частях колонны. По графику примерно
Общую высоту единиц переноса определяют по уравнению аддитивности:
где hx и hу – частные высоты единиц переноса соответственно в жидкой и
m – средний коэффициент распределения в условиях равновесия для
соответствующей части колонны.
Отношение нагрузок по пару и жидкости GL (кмолькмоль) равно:
для верхней части колонны [pic]
для нижней части колонны [pic]
Расчет коэффициентов диффузии.
Вязкость паров вверху колонны:
Вязкость паров внизу колонны:
Вязкость жидкости вверху колонны:
Вязкость жидкости внизу колонны:
Необходимо рассчитать минимальный по колонне коэффициент диффузии в
жидкой фазе т.е. при температуре кипения дистиллята:
Динамическая вязкость чистых жидких компонентов при 20С [5]:
Динамическая вязкость жидкости:
Плотности чистых веществ при 20С
Плотности смеси при 20С:
Мольные объемы [2] с.288:
Коэффициент диффузии в жидкости при 20С равен:
Температурный коэффициент b определяется по формуле:
Коэффициент диффузии в жидкой фазе:
Коэффициент диффузии паров в верхней и нижней частях колонны:
Таким образом для верхней части колонны
Для нижней части колонны
После этого вычислим общую высоту единицы переноса для верхней и
нижней частей колонны:
Hв=0911[pic]628 = 572 м
Нн=1404[pic]1039 = 1459 м
Общая высота насадки в колонне Н = 572+1459 = 2031
Учитывая что высота насадки в одной секции Z = 3 м то общее число
секций в колонне 7 (2 секции в верхней части 5 — в нижней)
H = Z ( n + (n – 1)hp+ zB + zH = 7 ( 3 + (7 – 1) ( 05 + 1 + 2 = 27 м
Z – высота насадки в одной секции м;
hp – высота промежутков между секциями насадки в которых
устанавливают распределители жидкости м;
zB zH – соответственно высота сепарационного пространства над
насадкой и расстояние между днищем колонны и насадкой м [1 с. 235].
Тепловой баланс ректификационной колонны.
Расход теплоты в кубе-испарителе ректификационной колонны непрерывного
действия определяют из уравнения [2]:
где QК – расход теплоты получаемый кипящей жидкостью от
конденсирующегося пара в кубе-испарителе Вт;
QD – расход теплоты отнимаемой охлаждающей водой от конденсирующихся
в дефлегматоре паров Вт;
P W F – массовые расходы соответственно исходной смеси кубового
остатка и дистиллята кгс;
сР сW сF – средние удельные теплоемкости соответственно дистиллята
кубового остатка и исходной смеси;
tP tW tF – соответствующие температуры (С.
Расход теплоты отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре:
где Р – массовый расход дистиллята кгс;
R – рабочее флегмовое число;
rD – удельная теплота конденсации паров в дефлегматоре Джкг.
Значения температур по графику t – х у равны:
По компьютеру в компьютерном классе кафедры ПАХТ рассчитаны тепловые
нагрузке кипятильника и дефлегматора:
1. Тепловой расчет подогревателя исходной смеси.
В подогревателе исходной смеси осуществляется нагрев смеси от 20 ºС до
температуры кипения исходной смеси 6456 ºС. Средняя температура исходной
смеси (горячего теплоносителя) (20+6456)2 = 423 ºС и ее расход G2 = 278
кгс. При средней температуре исходная смесь имеет следующие физико-
химические характеристики: ρ = 142236 кгм3; = 0557 мПа(с; λ = 0123
Вт(м(К); ср = 94138 Дж(кг(К).
Нагрев исходной смеси осуществляется за счет конденсации насыщенного
водяного пара давление пара 3 ата. Температура пара при таком давлении
29 ºС при этой температуре конденсат имеет свойства: ρ = 9321 кгм3;
= 02086 мПа(с; λ = 06833 Вт(м(К); r = 2171 кДжкг.
Тепловой поток в подогревателе исходной смеси равен:
где СР – средняя теплоемкость исходной смеси при средней температуре
F – расход исходной смеси кгс;
tK tH – соответственно температура конечная и начальная смеси в
Подставив полученные величины:
Рассчитаем необходимое количество пара:
Средняя движущая сила теплопередачи равна:
Для пара температура начальная и конечная равны Т1Н = Т1К = 1329(С.
Для исходной смеси Т2Н = 20(С Т2К = 6456(С.
Движущая сила равна:
Ориентировочное значение коэффициента теплопередачи от
конденсирующегося пара к нагревающейся органической жидкости КОР = 300
Ориентировочная площадь поверхности теплопередачи равна:
Невозможно выбрать кожухотрубчатый теплообменник в котором будет
достигаться турбулентный режим течения исходной смеси поэтому для
подогревателя исходной смеси выберем пластинчатый теплообменник.
По ГОСТ 15518-83 из [1] выбираем пластинчатый теплообменник:
Поверхность одной пластины f = 02 м2
Число пластин N = 28
Поверхность теплообмена F = 5 м2
Эквивалентный диаметр канала 88 мм
Поперечное сечение канала 000178 м2
Приведенная длина канала 0518 м
Диаметр условного прохода штуцеров 80 мм
Проверочный расчет подогревателя исходной смеси.
Скорость и критерий Рейнольдса для исходной смеси равны:
Коэффициент теплоотдачи к исходной смеси равен:
Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара равен:
Сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений:
Коэффициент теплопередачи равен:
Требуемая поверхность теплообмена:
Выбранный теплообменник удовлетворяет полученному значению поверхности
При этом запас поверхности [pic]
2. Тепловой расчет испарителя.
Тепловая нагрузка испарителя равна:
В испарителе испаряется жидкость из нижней части колонны (мольный
состав паров аналогичен составу кубового остатка 003 мол.доля ЛЛК) при
температуре кипения смеси 759 ºС. При температуре кипения смесь имеет
следующие физико-химические характеристики: ρ = 1475 кгм3; λ = 0094
Вт(м(К); = 0483 мПа(с; r = 1995 кДжкг; = 203 мДжм2; с = 1219
Дж(кг(К); плотность пара ρП = 15149(273224((273 + 759) = 53 кгм3;
ρП0 = 4605224 = 676 кгм3.
Испарение смеси осуществляется за счет конденсации насыщенного
Для пара температура начальная и конечная равны Т1 = 1329(С.
Для исходной смеси Т2 = 759(С.
Ориентировочное значение коэффициента теплопередачи КОР = 500
По ГОСТ 15120-79 из [1 с. 51] выбираем кожухотрубчатый испаритель:
Диаметр кожуха D = 600 мм
Диаметр труб d = 20 ( 2 мм
Поверхность теплообмена F = 42 м2
Проверочный расчет испарителя.
Ориентировочное значение удельной тепловой нагрузки:
Для более точного определения удельной тепловой нагрузки определим
Для конденсирующегося водяного пара:
Сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений равна:
В таком случае требуемая поверхность теплообмена:
3. Тепловой расчет дефлегматора.
Тепловая нагрузка дефлегматора:
В дефлегматоре конденсируются пары из верхней части колонны (мольный
состав паров аналогичен составу дистилляту 0975 мол.доля) при температуре
конденсации смеси 469 ºС. Расход конденсирующейся смеси G1 = P(R + 1) =
(224 + 1) = 2268 кгс. При температуре конденсации смесь имеет
следующие физико-химические характеристики: ρ = 122977 кгм3; λ = 0179
Вт(м(К); = 0313 мПа(с; r = 34976 кДжкг.
Охлаждение производится водой которая нагревается от 25 ºС (на летний
период) до 31 ºС. Средняя температура воды 28 ºС при этой температуре: ρ =
62 кгм3; = 0833 мПа(с; λ = 06104 Вт(м(К); ср = 41788 Дж(кг(К).
Рассчитаем необходимое количество воды:
Для пара температура начальная и конечная равны Т1Н = Т1К = 469(С.
Для воды Т2Н = 25(С Т2К = 31(С.
Ориентировочное значение коэффициента теплопередачи КОР = 600
По ГОСТ 15120-79 из [1] выбираем кожухотрубчатый дефлегматор:
Диаметр кожуха D = 800 мм
Диаметр труб d = 20(2 мм
Поверхность теплообмена F = 80 м2
Проверочный расчет дефлегматора.
Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара смеси к поверхности
Критерий Рейнольдса для воды равен:
Критерий Прандтля для воды равен:
Тогда коэффициент теплоотдачи от поверхности теплообмена к воде равен:
4. Тепловой расчет холодильника дистиллята.
В холодильнике дистиллята осуществляется охлаждение дистиллята от 469
ºС до конечной температуры 30 ºС. Средняя температура дистиллята (469 +
)2 = 385 ºС и его расход G1 = 07 кгс. При средней температуре
дистиллят имеет следующие физико-химические характеристики: ρ = 12432
кгм3; = 0333 мПа(с; λ = 0159 Вт(м(К); ср = 1008 Дж(кг(К).
Тепловой поток в холодильнике дистиллята равен:
где СР – средняя теплоемкость дистиллята при средней температуре
Р – расход дистиллята кгс;
Для дистиллята температура начальная и конечная равны:
Т1Н = 469(С Т1К = 30(С.
В трубное пространство направляется дистиллят как создающий большее
загрязнение теплообменной поверхности и как более корозионноактивный.
Ориентировочное значение коэффициента теплопередачи КОР = 300
достигаться турбулентный режим течения дистиллята поэтому для холодильника
дистиллята выберем пластинчатый теплообменник.
По ГОСТ 15518-83 из [1 с. 63] выбираем пластинчатый теплообменник:
Проверочный расчет холодильника дистиллята.
Скорость воды и критерий Рейнольдса равны:
Коэффициент теплоотдачи от воды равен:
Скорость дистиллята и критерий Рейнольдса дистиллята равны:
Коэффициент теплоотдачи от дистиллята равен:
5. Тепловой расчет холодильника кубового остатка.
В холодильнике кубового остатка осуществляется охлаждение кубового
остатка от 759 ºС до конечной температуры 30 ºС. Средняя температура
кубового остатка (759 + 30)2 = 53 ºС и его расход G1 =208 кгс. При
средней температуре кубовый остаток имеет следующие физико-химические
характеристики: ρ = 152067 кгм3; = 0621 мПа(с; λ = 0098 Вт(м(К); ср
Тепловой поток в холодильнике кубового остатка равен:
где СР – средняя теплоемкость кубового остатка при средней
температуре Дж(кг(К);
Т1Н = 759(С Т1К = 30(С.
Ориентировочное значение коэффициента теплопередачи КОР = 200
достигаться турбулентный режим течения кубового остатка поэтому для
холодильника кубового остатка выберем пластинчатый теплообменник.
Поверхность одной пластины f = 06 м2
Число пластин N = 70
Поверхность теплообмена F = 40 м2
аппарата М = 1300 кг
Эквивалентный диаметр канала 83 мм
Поперечное сечение канала 000245 м2
Приведенная длина канала 101 м
Диаметр условного прохода штуцеров 200 мм
Проверочный расчет холодильника кубового остатка.
Скорость кубового остатка равна:
Критерий Рейнольдса и Прандтля для кубового остатка:
Коэффициент теплоотдачи от кубового остатка равен:
Скорость воды равна:
Критерий Рейнольдса и Прандтля для воды:
Коэффициент теплоотдачи к воде равен:
Расчет и подбор диаметров трубопроводов.
Расчет и подбор диаметров трубопроводов ведется по уравнению:
где d – диаметр трубопровода м;
( - скорость движущейся смеси мс;
G – массовый расход смеси движущейся по данному трубопроводу кгс;
( - плотность смеси кгм3.
Трубопроводы подобраны из [1] с. 16-17.
Трубопровод емкость исходной смеси – ректификационная колонна:
Массовый расход смеси G = 278 кгс
Температура смеси t = (20 + 6456)2 = 423 ºС
Плотность при данной температуре ρ = 142236 кгм3
Средняя скорость жидкости в трубопроводе при перекачивании насосами
Трубопровод d = 48 ( 3 мм
Трубопровод для пара идущего в подогреватель и испаритель:
Массовый расход пара G = 0455 + 00537 = 051 кгс
Температура смеси t = 1329 ºС
Плотность при данной тем-ре ρ = 1637 кгм3
Средняя скорость пара в трубопроводе 20 мс
Трубопровод d = 159 ( 7 мм
Трубопровод для пара идущего в подогреватель исходной смеси:
Массовый расход пара G = 00537 кгс
Трубопровод d = 56 ( 35 мм
Трубопровод для конденсата идущего из подогревателя исходной смеси:
Массовый расход конденсата G = 0455 кгс
Плотность при данной температуре ρ = 9321 кгм3
Средняя скорость жидкости в трубопроводе 05 мс
Трубопровод d = 16 ( 2 мм
Трубопровод ректификационная колонна – дефлегматор:
Массовый расход смеси G = P(R + 1) = 2268 кгс
Температура смеси t = 566 ºС
Плотность при данной тем-ре ρ = 7808(273224((273+469) = 2975
Трубопровод d = 245 ( 10 мм
Трубопровод дефлегматор – ректификационная колонна:
Массовый расход смеси G = PR = 07 ( 224 = 1568 кгс
Температура смеси t = 469 ºС
Плотность при данной температуре ρ = 122977 кгм3
Трубопровод d = 70 ( 35 мм
Трубопровод для воды идущей на охлаждение в дефлегматор и оба
Массовый расход воды G = 3238 + 0475 + 47 = 3756 кгс
Температура смеси t = 25 ºС
Плотность при данной температуре ρ = 997 кгм3
Средняя скорость воды в трубопроводе 085 мс
Трубопровод d = 273 ( 10 мм
Трубопровод для воды идущей на охлаждение в дефлегматор и выходящей
Массовый расход воды G = 3238 кгс
Температура смеси t = 28 ºС
Плотность при данной температуре ρ = 9962 кгм3
Трубопровод ректификационная колонна – испаритель:
Массовый расход смеси G = F + PR – W = 278 + 07 ( 224 – 208 = 1638
Температура смеси t = 759 ºС
Плотность смеси при данной температуре ρ = 1475 кгм3
Трубопровод d = 194 ( 10 мм
Трубопровод испаритель – ректификационная колонна:
Массовый расход смеси G = 2268 кгс
Плотность паров при данной температуре ρ = 53 кгм3
Трубопровод для пара идущего в испаритель:
Массовый расход пара G = 0455 кгс
Трубопровод для конденсата идущего из испарителя:
Плотность воды при данной температуре ρ = 9321 кгм3
Трубопровод d = 14 ( 3 мм
Трубопровод ректификационная колонна – емкость кубового остатка:
Массовый расход кубового остатка G = 208 кгс
Температура смеси t = (30 + 759)2 = 53 ºС
Плотность смеси при данной температуре ρ = 152067 кгм3
Трубопровод d = 70 ( 3 мм
Трубопровод для воды идущей в холодильник кубового остатка и
Массовый расход воды G = 47 кгс
Плотность воды при данной температуре ρ = 9962 кгм3
Трубопровод d = 133 ( 7 мм
Трубопровод дефлегматор – емкость дистиллята:
Массовый расход дистиллята G = 07 кгс
Температура смеси t = (30 + 469)2 = 385 ºС
Плотность смеси при данной температуре ρ = 12432 кгм3
Трубопровод d = 48 ( 4 мм
Трубопровод для воды идущей в холодильник дистиллята и выходящей из
Массовый расход воды G = 0475 кгс
Трубопровод d = 38 ( 2 мм
Подбор емкостей осуществляется по формуле (запас объема 20%):
где G и ρ соответственно массовый расход и плотность исходной смеси
кубового остатка и дистиллята.
Для исходной смеси температура при которой она находится в емкости 20
ºС для дистиллята и кубового остатка – 30 ºС.
Емкость исходной смеси: [pic]
По ГОСТ 13372-67 выбираем объем емкости 10 м3.
Емкость дистиллята: [pic]
По ГОСТ 13372-67 выбираем объем емкости 25 м3.
Емкость кубового остатка: [pic]
По ГОСТ 13372-67 выбираем объем емкости 63 м3.
Расчет конденсатоотводчиков.
Во избежание проскока пара в линию отвода конденсата на всех
теплообменниках в которых производиться конденсации водяного пара следует
устанавливать конденсатоотводчики т.е. в нашем случае на подогревателе и
Коэффициент пропускной способности конденсатоотводчика определяется:
G – расход водяного пара тч
(Р – перепад давлений между давлениями пара и давлением в линии отвода
Стандартный КО [1 с.56] диаметр условного прохода 32 мм
) КО для подогревателя
Стандартный КО [1 с.56] диаметр условного прохода 20 мм
1 Выбор насоса для подачи исходной смеси.
d = 48(3 мм диаметр трубопровода (п.5)
Расход исходной смеси F = 278 кгс
Плотность смеси при 6456 ºС = 142236
Динамическая вязкость = 0557 мПас
Скорость движения исходной смеси в трубопроводе:
[pic] т.е. режим турбулентный
Относительная шероховатость [pic]
Поскольку Rе > 560е то ( считаем по формуле:
Сопротивление всасывающего трубопровода:
Сопротивление нагнетательного трубопровода:
Длина нагнетающего трубопровода Lнагнет = 7 м (в нижней части
колонны 5 секций насадки высотой 3 м)
Длина всасывающего трубопровода Lвсасыв = 3 м
Высота подъема [pic]
Общие потери напора:
h = hвсасыв + hнагнет = 235 м
Находим потребный напор насоса:
Объемный расход исходной смеси: [pic]
Полезная мощность насоса:
N = g ( F ( H = 981 ( 278 ( 2235 = 610 Вт
Мощность на валу насоса:
N = Nп = 06105 = 122
Из таблицы [1 с.38] устанавливаем что заданным подаче и напору более
всего соответствует центробежный насос марки Х830.
Qм3с Hм ст. жидк.nс-1 Электродвигатель
2 Выбор насоса для подачи кубового остатка.
d = 70(3 мм диаметр трубопровода (п.5)
Расход кубового остатка W = 208 кгс
Плотность смеси при 53 ºС = 1521 кгм3
Динамическая вязкость = 0621 мПас
В трубопроводе имеет место смешанное трение ( 10e Rе 560е) и (
Примем что длина всасывающего трубопровода 15м а нагнетательного 8.
При этом геометрическая высота = 8м.
Также на всасывающей и нагнетательной линиях имеется один нормальный
вентиль и одно колено под углом 90º
h = hвсасыв + hнагнет = 02 м
Объемный расход кубового остатка: [pic]
N = g ( F ( H = 981 ( 208 ( 82 = 167 Вт
N = Nп = 016704 = 04175
всего соответствует центробежный насос марки Х818.
3 Выбор насоса для подачи дистиллята.
d = 48(4 мм диаметр трубопровода (п.5)
Расход дистиллята P = 07 кгс
Плотность смеси при 385 ºС = 1243 кгм3
Динамическая вязкость = 0333 мПас
Примем что длина всасывающего трубопровода 20м а нагнетательного 20.
При этом геометрическая высота = 23м.
Также на всасывающей линии имеется одно колено под углом 90ºа
нагнетательной линии один нормальный вентиль и одно колено под углом 90º.
h = hвсасыв + hнагнет = 04 м
Объемный расход дистиллята: [pic]
N = g ( F ( H = 981 ( 07 ( 234 = 175 Вт
N = Nп = 017505 = 035
4 Выбор насоса для подачи флегмы.
d = 70(35 мм диаметр трубопровода (п.5)
Расход смеси G = 1568 кгс
Плотность смеси при 469 ºС = 122977 кгм3
Динамическая вязкость = 0313 мПас
Примем что длина всасывающего трубопровода 4м а нагнетательного 8м.
При этом геометрическая высота = 5м.
Также на всасывающей линии имеется два нормальных вентиля и два колена
под углом 90º а на нагнетательной линии два нормальных вентиля и четыре
колено под углом 90º.
h = hвсасыв + hнагнет = 025 м
N = g ( G ( H = 981 ( 1568 ( 125 = 192 Вт
N = Nп = 001904 = 00475
Расчет толщины слоя изоляционного материала.
Толщина слоя изоляционного материала определяется: [pic]
В данном уравнении запишем значения температур и их смысл:
tИЗ1 – температура изоляционного материала на стыке слоя изоляционного
материала и стенки ректификационной колонны. Так как теплопроводность стали
высока можно принять что падения температуры в стальной стенке не
происходит и температура изоляционного материала равна температуре кубового
остатка tИЗ1 = tW = 759 ºС.
tИЗ2–температура изоляционного материала с внешней стороны. Это
температура определена техникой безопасности на предприятиях и составляет
tВ – температура окружающего воздуха. Выбирается на летний период
времени для определенного региона примем tВ = 22 ºС.
Коэффициент теплоотдачи от горячего слоя изоляции к окружающему
воздуху α по уравнению Линчевского равен: [pic]
В качестве изоляционного материала выбираем совелит его
теплопроводность равна ( = 0098 Вт(м К)
Тогда толщина слоя изоляции равна: [pic]
Толщина обечайки выбирается в зависимости от диаметра колонны:
Dкол мм 400÷800 100÷1800 ≥ 2000
В данном случае толщина обечайки будет равна 8мм.
Список использованной литературы.
Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по
проектированию. Под ред. Ю. И. Дытнерского 2-ое изд. перераб. и дополн. –
М.: Химия 1991. – 496с.
Павлов К. Ф. Романков П. Г. Носков А. А. Примеры и задачи по
курсу процессов и аппаратов химической технологии. М.: Химия 1976. – 552с.
Коган В. Б. Фридман В. М. Кафаров В. В. Равновесие между
жидкостью и паром. Справочное пособие. Книга 1. М – Л Наука (Ленингредское
отделение) 1996. – 640с.
Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии.
Изд. 9-е. М.: Химия 1973 – 750с.
Свойства веществ. Справочное пособие РХТУ им. Д. И. Менделеева.
Сост. В. Н. Бобылев М.: 1996. – 24с.
Варгафтик В. Д. Справочник по теплофизическим свойствам газов и
жидкостей. 2-ое изд. перераб. и дополн. – М.: Наука 1972 – 720с.
Лащинский А. А. Толчинский А. Р. Основы конструирования и расчета
химической аппаратуры. Справочник. 2-ое изд. перераб. и доп. – Л.:
Машиностроение 1970. – 752с.

Инструкция с пояснениями.docx

Данное руководство рассчитано на максимально тупого человека так что поберегите шапки. Открыв MatLab нажимайте Open(слева вверху) и указывайте путь до того m-файла на котором вы остановились. Не забывайте сохранять свой WorkSpace чтобы Вы всегда могли начать с того на чём остановились. Или просто запросить нужные данные в любой день.
Выглядеть он будет примерно так. Для работы вам нужно жать всего 2 кнопки: БОЛЬШАЯ ЗЕЛЁНАЯ- Run
Или если вы не доверяете себе- Run Section
Во втором случае вам сперва нужно будет выбрать секцию мышкой а затем собственно эту секцию и запустить.
Для остановки выполнения алгоритма например если вы всё же ослушаетесь меня и накосячите достаточно нажать ctrl+cПроцесс остановится и Вы сможете запустить его заново введя правильные данные.
Для объективности я посчитаю тот вариант что даётся всем как пример. Главным пособием для расчёта проекта будет Дытнерский(приложен в архиве). Откройте страницу 227 его учебника и без всяких вступлений давайте двигаться по учебнику и алгоритму вместе.Первым нашим алгоритмом будет Nachalo1.m Это самый трудозатратный участок нашего пути но поверьте мне на слово Вы не раз меня поблагодарите за негоОткрыв методичку Бобылёва выписываем в какой-нибудь блокнот следующие данные для Бензола и Толуола соответственно. Первым в главное окно MatLab вписываем бензол потому что он кипит при меньшей температуре:Плотности
[889.6 879.0 868.4 857.6 846.8 835.8 824.8 813.7 804.1 792.7 780.9 769.2 756.8 744.0]
[876.2 866.9 857.6 848.3 838.8 829.3 819.7 809.9 800.0 790.0 779.8 768.4 757.4 746.2]
[0.755 0.649 0.559 0.489 0.434 0.389 0.347 0.318 0.286 0.261 0.239 0.220 0.200 0.183]
[0.667 0.584 0.517 0.463 0.417 0.381 0.348 0.319 0.293 0.270 0.250 0.231 0.214 0.199]
[1697 1718 1742 1770 1801 1834 1869 1905 1943 1982 2022 2062 2103 2143]
[1664 1691 1720 1751 1784 1818 1854 1891 1929 1968 2007 2047 2087 2128]
[7.19 7.45 7.71 7.97 8.23 8.48 8.74 9.00 9.25 9.50 9.76 10.01 10.26 10.52]
[6.60 6.87 7.13 7.39 7.65 7.90 8.15 8.40 8.65 8.89 9.13 9.37 9.61 9.84]
Поверхностное натяжение
[30.32 28.89 27.50 26.15 24.86 23.60 22.41 21.19 19.96 18.74 17.53 16.33 15.16 14.02]
[29.72 28.49 27.31 26.19 25.05 23.96 22.87 21.79 20.71 19.60 18.48 17.32 16.12 14.88]
[0.150 0.146 0.143 0.140 0.137 0.133 0.130 0.127 0.124 0.121 0.119 0.117 0.113 0.110]
[0.138 0.134 0.132 0.129 0.127 0.124 0.122 0.119 0.117 0.114 0.112 0.109 0.107 0.104]
Теплота парообразования
[441.9 435.7 429.0 422.3 415.4 408.4 401.2 394.5 386.5 379.0 371.2 363.2 354.9 346.3]
[418.7 414.1 409.1 403.9 398.7 393.2 387.8 382.1 376.4 370.5 364.4 358.3 351.9 345.3]
Коэффициент объемного расширения
[1.147 1.176 1.206 1.236 1.268 1.301 1.335 1.369 1.406 1.443 1.482 1.522 1.563 1.607]
[1.003 1.033 1.065 1.097 1.131 1.165 1.201 1.237 1.275 1.314 1.354 1.396 1.439 1.484]
В одном из томов Когана ищем таблицу Вашей смеси при p=760
Чем больше таблица тем лучше но самое главное это постоянное давление.
[0.0 0.107 0.207 0.303 0.393 0.486 0.578 0.673 0.773 0.875 1]
[0.0 0.219 0.381 0.509 0.609 0.696 0.769 0.835 0.893 0.945 1]
[110.7 105.9 101.9 98.4 95.4 92.6 90.0 87.5 85.1 82.8 80.2]
Для смеси Бензол-Толуол я получил данные
-F(дано в условиях) Кафедра обычно даёт тоннычас алгоритм под это и заточен
-температура тоже дана в условиях и как правило у всех она 20 градусов
35- массовая доля XF смотрим на стр. 227
017-массовая доля XW
114-Молярная масса бензола(методичка Бобылёва)
141-Молярная масса толуола.
Обратите внимание MatLab это Вам не Exel так что засуньте свои запятые себе ну Вы поняли. Даже одна запятая испортит Вам расчёт. Сгруппируйте данные взятые из этой методички у себя в блокноте так как это сделано здесь. Алгоритм будет запрашивать у Вас сперва плотности затем вязкости и т.д до молярной массы. Там где данные у меня с квадратными скобочками вводить их нужно тоже с квадратными скобочками.
Важно! Если у Вас уксусная кислота или пара-Ксилол вам придётся выдумать первую точку. Поверьте в точности вы нисколько не потеряете. Просто возьмите среднюю разницу между всеми остальными точками и «нарисуйте» данные при 10 градусах. Эта точка сама тут же сгладится. Это касается всех данных. Первая точка должна соответствовать 10 градусам. Если у вас первая соответствует 10 градусам но точек у Вас скажем пять то ничего страшного. Записывайте сколько есть. По-хорошему мне нужны только 2 точки. Остальные лишь добавляют точности.
MatLab в главном окошке вам выдаст следующее:Производительность колонны по F mf= 5.000000
Производительность колонны по дистилляту mp= 1.728972
Производительность колонны по кубовому остатку mw= 3.271028
Мольная доля компонента А в исходной смеси xf= 0.388437
Мольная доля компонента А в дистилляте xp= 0.982993
Мольная доля компонента А в кубовом остатке xw= 0.019992
молярные массы потока в исходной смеси Mf= 86.692399
молярные массы потока в дистилляте Mp= 78.352559
молярные массы потока в кубовом остатке Mw= 91.860577
молярные расходы потока в исходной смеси nf= 0.057675
молярные расходы потока в дистилляте np= 0.022067
молярные расходы потока в кубовом остатке nw= 0.035609
Пока что всё совпадает даже обсудить нечего. Разве что стоит упомянуть что я серьезно не помню с какой целью мы считаем последние три расхода. Вроде бы они нигде не встречаются дальше.Я забыл Вам прописать вывод Rmin на экран но думаю что даже полезным упражнением будет для вас сейчас открыть главное окно MatLab и прописать Rmin
Я получил такой ответ. А это уже интересно расхождения с примером. Приглядитесь в Дытнерском 1.68. Ужели я написал шляпу? Давайте разбираться.
Для нахождения Rmin нам нужна такая координата как y* Дытнерский её находит «на глаз» на рис. 6.2(а). Мы же находим её аналитически. Что точнее глаз или код? Для философа ответ не такой однозначный. Но суть ответа будет в том что если бы мы рассматривали реальный объект то пожалуй глаз но мы изначально рассматриваем математическую модель а значит и достоверность здесь логическая. Давайте двигаться дальше. Для Вашего успокоения я добавлю что этим алгоритмом я считал несколько работ и у всех совпало Rmin с расчётами преподавателей. То есть баллы были получены
Следующей программой будет Ropt2.m
Здесь нам никаких данных искать не нужно открывайте и жмите большую зелёную кнопку. Получаем примерно такую кривулину и аналитически найденный Ropt.
left000У меня получилось
В Дытнерском 2.1. Расхождение связанно: во-первых с разным Rmin а во-вторых в точности подсчётов. Дытнерский для построения этой кривой берёт 5 точек я же около 50. Обратите внимание у меня нет сглаживания и можно увидеть чёткий минимум. Подобная точность однажды сыграла со мной злую шутку.Рассчитав оптимальное флегмовое число одного из вариантов мне казалось что я грубо ошибся разойдясь с ответом преподавателя. Для этого и нужен график:
У преподавателя ответ был 3 анализ показал 2.5. Оказалось что у преподавателя эта точка была сглажена и он её не нашел. Вот такой вот точный предмет этот ПАХТ.
Едем дальше. Считаем диаметр колонны но с моим значением Ropt.
Здесь нам снова ничего не нужно вводить: всё само подберётся. Ах да на эту часть открываем m-файл diametr3.m
Видимо теперь у меня должна быть yf такая yf= 0.560141
Средний мольный состав жидкости в верхней части колонны XsrV= 0.685715
Средний мольный состав жидкости в нижней части колонны XsrN= 0.204214
Средняя мольная масса вверху колонны MV= 82.522479
Средняя Мольная масса внизу колонны MN= 89.276488
Средняя массовая нагрузка для верхней части колонны LV= 4.484497
Средняя массовая нагрузка для нижней части колонны LN= 9.611027
Средние мольные массы паров в верхней части колонны MV2= 81.318230
Средние мольные массы паров в нижней части колонны MN2= 88.072239
Средние массовые потоки пара в верхней части колонны GV= 6.213469
Средние массовые потоки пара в нижней части колонны GN= 6.729538
Плотность пара в верхней части колонны poyV= 2.729726
Плотность пара в нижней части колонны poyN= 2.627975
Средние плотности жидкости вверху колонны pVsr= 800.981208
Средние плотности жидкости внизу колонны pNsr= 784.950859
вязкость жидких смесей внизу колонны uN= 0.270486
вязкость жидких смесей вверху колонны uV= 0.319099
скорость низа колонны приведенная WN= 1.172032
скорость верха колонны приведенная WV= 1.353679
Расчётный диаметр верха колонны dV= 1.463204
Расчётный диаметр низа колонны dN= 1.667889
В целом результаты одинаковые. Давайте снова анализировать расхождения.Разницу в LV и LN GV и GN можно объяснить разным Ropt то есть вопрос правильности этого значения перекладывается на вопрос точности Ropt. Лично для меня очевидно кто из нас двоих тут халтурил. MV2 MN2 если не придираться то одинаковые Дытнерский просто не парился с точным значением молярных масс.
Плотности паров опять же продукт нахождения температуры «на глаз». Мы всё считаем аналитически. Дытнерский в этом своём квадратике усмотрел 102 градуса математика говорит что там 104. Собственно эта же проблема тянется у нас повсеместно. Приходим к тому что определяющий диаметр в примере 1.56м а у нас 1.67. Убеждён что если бы я взял Ropt что в примере мы бы получили тот же 1.6 диаметр. Его и возьмём для дальнейшей проверки алгоритма на прочность.
Я на всякий случай подставил Ropt из Дытнерского:
Думаю что комментарии излишни.
На данном этапе стоит сохранить свой Workspace. В главном окне есть кнопка которая так и называется. Вообще полезно сохранять свои результаты после каждого подсчёта чтобы потом не считать заново.
Следующий шаг посчитать общее число единиц переноса.
Запускайте krishka4.m
Здесь вам уже нужно запускать посекционно ибо он выдаёт ошибку. В целом можете и так нажать а после ошибки запустить последнюю секцию. Признаюсь честно я не знаю почему иногда он выдаёт ошибку а иногда нет. Возможно это как-то связанно с тем что я рукожоп. И так в чём идея. По сути говоря мы строим ту же таблицу что и требуется только берём не 10 точек а около 1000. Переводим данные в логическую форму задавая для них математическое описание и уже эту функцию интегрируем.
left21653500Получается что-то вроде такого:
Ну и ответы:Non = 6.8076
Расхождение с примером есть но небольшое. Связанно это с разным Ropt которая меняет нам y* и точностью методов. В целом можете смотреть на мои данные как на ориентировочные а посчитать сами. Ведь всегда спокойнее считать зная какой ответ ты хочешь получить На мой взгляд с математической точки зрения этот метод безупречен.
Если Вам будут нужны такие же графики то пропишите:p-для нижней части
В настройках окошка открывшегося уже выбирайте как сделать красивее.Я их приложил просто для наглядности.
При подстановке Ropt из Дытнерского я получил следующие результаты:Non = 7.8533
Что практически совпало с примером. В общем в оценках погрешностей я не ошибся.
Следующий шаг. Запускаем Visota5.m
Лучше заранее посмотреть на то что Вам нужно и снова записать это всё в блокнот. В самом m-файле я написал откуда что берётся.
Когда введёте свой диаметр программа выдаст Вам подсказку:
Значение Lверха для нахождения Ф (Дытнерский с.233) LV= 1.376667e+04
Значение Lниза для нахождения Ф (Дытнерский с.233) LN= 3.202759e+04
Значение скорости верха для нахождения С пси (Дытнерский с.233) WrWp= 0.871986
Значение скорости низа для нахождения С пси (Дытнерский с.233) WrWp= 0.981106
Это для первых пяти данных что ниже:
(можете вбить в Wolframalpha.com “molar volume “ваше вещество”)
8.2 (можете вбить в Wolframalpha.com “molar volume .”)
(с этим будут проблемы спросите у преподавателя в m-файле я дал наводку )
( .значения возможны от 1 до 2)
778 (можете вбить в Wolframalpha.com “density of .. gas”)
041 (можете вбить в Wolframalpha.com “density of .. gas”)
Для нахождения первых пяти вам понадобится картинка что я приложил остальное либо гуглить либо находить в пособиях. Я вроде бы в м-файле всё подписал. Но не стесняйтесь спросить преподавателя как это поточнее найти. Чему-то же он должен Вас научить
Получаем ответы:Средняя вязкость газа верха колонны uyV= 0.009015
Средняя вязкость газа низа колонны uyN= 0.009069
Коэффициент диффузии жидкости при 20 градусах Dx20= 2.202831e-09
Коэф. диффузии жидкости при средней температуре верха DxV= 4.705642e-09
Коэф. диффузии жидкости при средней температуре низа DxN= 5.207789e-09
Температурный коэффициент b= 0.016216
Коэффициент диффузии в паровой фазе верха колонны DyV= 4.936896e-06
Коэффициент диффузии в паровой фазе низа колонны DyV= 5.227383e-06
Высота единицы переноса в жидкой фазе верха hxV= 0.175117
Высота единицы переноса в жидкой фазе низа hxN= 0.162138
Высота единицы переноса в газовой фазе верха hyV= 2.146318
Высота единицы переноса в газовой фазе низа hyN= 1.304684
Общая высота единицы переноса верха колонны hoyV= 2.307884
Общая высота единицы переноса низа колонны hyN= 1.456725
Общая высота насадки в колонне Ho= 27.147704
Мы полностью попали во все данные. Расхождения в точности определения плотностей и вязкостей. А конечный результат высоты не совпал на 2 единицы переноса которые мы «потеряли» в прошлом алгоритме. Учтите что с нашим Ropt мы посчитали диаметр 1.8 но выбрали 1.6 только для того чтобы проверить не пиздит ли автор с точностью расчётов:D
Это ещё не самая приятная часть данного алгоритма. Вы в любой момент(если загрузите свой WorkSpace) сможете узнать любые данные вашей смеси. Просто введите в главное окно например:
fpa(74.4) – получите плотность компонента А при 74.4 градусах.
fcb(35) –теплоёмкость вещества Б при 35 градусах.
Полный список команд:fpa-плотность Аfpb-плотность Б
fub –вязкость Бfca-теплоёмкость А
fuya-вязкость паров А
fuyb- вязкость паров Б
fsigmab- поверхностное натяжение А
fsigmb- поверхностное натяжение Б(будьте аккуратны здесь я с названиями накуралесил но исправлять лень)
flyaa- теплопроводность А
flyab- теплопроводность Б
fra-теплота парообразования А
frb- теплота парообразования Б
fXt(число)- мольный температура жидкой фазы вашей «рыбы» при каком-то соотношении
>> fXt(xw) = 109.7549
>> fXt(xf) = 95.5590
>> fXt(xp) = 80.5517
fYt(число)- та же тема только с газовой фазой
Не забывайте что xf xw xp теперь являются числами. То есть fXt(xw)- это правомочный запрос.
fXt(xw)- это тоже число! И мы знаем чему оно соответствует- температуре. Стало быть:fpa(fXt(xw))- это тоже правомочный запрос! И соответствует он как Вы можете догадаться плотности А(fpa) при температуре жидкой фазы с мольным составом xf (fXt(xf)).
Надеюсь логику вы уловили и теперь сможете читать мой код чтобы в случае каких-то помарок с моей стороны (а я тоже человек) их исправлять.
К слову чтобы построить «рыбу» напишите
Всё сама колонна у вас полностью посчитана. Но это только 50% всех трудов. Ещё 40% занимает подсчёт всяких испарителейхолодильников и с этим я тоже вам помогу.
Для работы вам понадобится кафедральная программа (я не могу её приложить так как она .exe) Срочно заходите на сайт кафедры и скачайте Расчет кожухотрубных теплообменников. TER.exe
мой же алгоритм выдаст вам данные которые нужно в эту программу ввести.
Введя свою фамилию вы увидите как Вас встречает вот такое вот симпатичное окошко
Сперва посчитаем испаритель. Открывайте m-файл Teploobmenniki6.m
И запускайте первые ДВА сектора. Первый сектор нам всё посчитает второй выведет информацию по испарителю. Вот что он показал мне:
Испаритель теплопроводность конденсата lК Вт(м?К)= 0.683000
Испаритель плотность конденсата rК кг(м3)= 932.100000
Испаритель удельная теплота конденсации rК Джкг= 2171000.000000
Испаритель вязкость конденсата mК Па*с= 0.000209
Испаритель теплопроводность жидкости lЖ Вт(м?К) 0.114489
Испаритель плотность жидкости rЖ кгм3 779.470186
Испаритель теплоемкость жидкости CЖ Дж(кг?К) 1999.318573
Испаритель вязкость жидкости mЖ Па*с 0.000247
Испаритель поверхностное натяжение Нм 0.018091
Испаритель плотность паров жидкости при температуре кипения rП кг(м3)2.092060
Испаритель плотность паров жидкости при атм. Давлении кг(м3) 2.092060
Испаритель удельная теплота парообразования жидкости Джкг 366844.434
Испаритель средняя разность температур град. Цельсия 23.145105
Испаритель сумма термич. сопротивл. стенки труб и загрязнений сумм.dl м2?КВт 0.000430
Испаритель тепловая нагрузка Q Вт 2411851.706948
Испаритель примерная поверхность 94.73
Здесь мы уже ориентируемся на пример приложенный в инструкции к кафедральной программе.
Самое главное я считаю что мы попали в порядки.
Теперь как именно мы считали.
Самое основное это температура. Я определил температуру в испарителе равную температуре жидкой фазы в кубе. Это вы собственно и увидите в m-файле. И пересчитывал на мольное соотношение ИСХОДНЫХ данных. То есть при xf. Почему? Так было написано в примере откуда я всё слизал:D Если преподаватель это принял значит так и надо. Но я Вас научил менять данные (в случае чего)
Так же прошу обратить на такую цифру как сумма термических сопротивлений. Я её просто выдумал. Дело в том что она не универсальна и прописать для неё отдельный код поднимая табличные данные мне совсем не хочется. Если вы за чистоту данных и вообще считаете себя примерным инженером то отсылаю вас к учебнику Романкова. Так же возможно вам будет интересно почему
в примере одинаковые. Я их не стал менять и у себя. Примерная поверхность не значит НИЧЕГО. Она на то и примерная. Методом простого подбора(читайте инструкцию в папке аппараты) я выбрал из одноходовых с номинальной площадью поверхности 74 м^2 при длине труб 2 метра. Повезло: сошлось:D
К сожалению этот результат можно только распечатать. Преподаватели примут тот листок что вы распечатаете. В конце концов программу же выложила кафедра. А данные к ней Вы посчитали сами.
Считаем подогреватель. Запустите следующий блок в моём m-файле. Не будем тянуть вот мои данные и как они выглядят уже в программе. Опять же сумму термических сопротивлений я выдумал.
Получил ориентировочное число 8 с чем-то.
Начинаем подбирать. Я выбрал тот что с 5.5поверхностью. Ах да выбираю я из инструкции к этой программе. А они уже из какого-то учебника взяли. Ссылки все на месте.
Ну и получается довольно мило
Выбрал 5.5 поверхность 4.92. Вроде по шариату.
Холодильник. Их мы считаем два но я разберу один. Ибо меняются только данные. С холодильником особая история. Вы можете пускать по трубам воду а можете Вашу жидкость. Выбор что именно зависит от агрессивности жидкости. У Дытнерского Бензол и Толуол. В связи с этим я попросил выводить в трубы воду. У вас так же в массиве данных будет в трубах вода однако что пустить в трубы а что в межтрубное пространство Вы решите сами. Для наглядности разберём уже с данными.
Как видите здесь для труб и для межтрубного пространства одинаковые данные (в абсолютном плане). Единственная проблема будет с коэффициентом объемного расширения. Он посчитан не верно. Не знаю в чём проблема честно Вам признаюсь. Я сделал вот что поскольку в трубах у меня вода (слава исусу) я открыл Романкова на 150-какой-то странице и нашел для воды примерно 0.0005 при моей температуре. На самом деле я загуглил но Вас отсылаю к Романкову:D
Сумма термических сопротивлений по традиции выдумана.
Вот как выглядят данные для моего холодильника. Теперь придётся поднапрячься.
Если вы считаете холодильник дистиллята то запросите у матлаба:ehdP (у меня 0.1852)ehdR (у меня 1)
Это нужно для нахождения третьего сверху коэффициента на картинке выше.
Если холодильник куба тоehkPehkR
Для одноходового вот такой график (Романков с.529):
Как вы можете заметить я попал в единицу.
Ну и мой холодильник при поверхности 7.5 оказался 7.3
Дефлегматор и подогреватель в этой программе одно и тоже. Так что разбирать их смысла не вижу. В любом случае Вы можете все входящие данные посчитать сами (что я вам и советую).
Вот на этом этапе заканчивается 90% всех трудов по подсчёту. Остались только трубы(а там одна формула на всё) ёмкости и насосы. Всё это вы найдёте в примерной работе которую я приложил в архиве. Ну и Вам останется только чуть-чуть изменить чертежи которые я так же приложил. Открываются они программой Компас.
В последней редакции были исправлены небольшие баги с теплообменниками и добавлены скрипты на ёмкости трубы(Trubi7.m) и насосы. Вы найдёте их там же где и все остальные m-файлы. Единственное насосы считать придётся самим (они написаны не верно а исправлять мне лень). Получается что мы охватили примерно 95% проекта. Удачи!
Если у Вас нет MatLab или рук или религия Вам не позволяет считать самому а так же по любым вопросам кроме политики Вы можете написать мне в VK по адресу
Я Вам помогу. Или нет)