• Название:

    Kolonny


  • Размер: 0.55 Мб
  • Формат: PDF
  • или
  • Сообщить о нарушении / Abuse

Установите безопасный браузер



  • Название: Раздел 1
  • Автор: Лященко

Предпросмотр документа

Федеральное агентство по образованию
Нижнекамский химико-технологический институт (филиал)
Государственного образовательного учреждения
высшего профессионального образования
«Казанский государственный технологический
университет»

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЫ
Методические указания
к курсовому проектированию

Казань
КГТУ
2008
1

УДК 66.02
Составители: доц. М.А. Кутузова
доц. А.В. Дмитриев
доц. А.Г. Кутузов
Технологический расчет ректификационной колонны: метод.
указания к курсовому проектированию / М.А. Кутузова, А.В.
Дмитриев, А.Г. Кутузов. – Казань: Изд-во Казан. гос. технол. унта; 2008. - 76 с.
Изложены
основные
требования
к
курсовому
проектированию, рассмотрены теория по массообмену и
ректификации, методика расчета ректификационной колонны.
Работа выполнена в соответствии с учебной программой
дисциплины «Процессы и аппараты химической технологии».
Предназначается для студентов, обучающихся по
направлениям: 130600 – «Оборудование и агрегаты
нефтегазового производства», 240800 – «Энерго- и
ресурсосберегающие процессы в химической технологии,
нефтехимии и биотехнологии».
Подготовлена на кафедре «Процессы и аппараты химической
технологии».
Печатаются по решению методической комиссии НХТИ по
общеобразовательным дисциплинам.
Рецензенты: к.т.н., доцент М.Г. Гарипов
к.т.н., доцент Т.Б. Минигалиев
© КГТУ, 2008.
© Кутузова М.А., Дмитриев А.В., Кутузов А.Г., 2008.
2

СОДЕРЖАНИЕ
1. Требования к выполнению курсовых проектов по дисциплине
«Процессы и аппараты химической технологии» ........................ 4
1.1. Содержание курсовых проектов......................................... 4
1.2. Требования, предъявляемые к курсовому проекту............ 4
1.3. Общие положения и основные рекомендации по
выполнению графической части курсового проекта................ 8
2. Краткая теория по массообменным процессам и
ректификации .............................................................................. 10
2.1. Массообмен ....................................................................... 10
2.2. Ректификация .................................................................... 18
3. Расчет непрерывнодействующей тарельчатой колонны ........ 28
3.1. Определение мольных концентраций исходной смеси,
дистиллята и кубового остатка ............................................... 28
3.2. Материальный баланс ....................................................... 28
3.3. Определение флегмового числа ....................................... 29
3.4. Определение диаметра колонны ...................................... 33
3.5. Выбор типа тарелки .......................................................... 35
3.6. Определение коэффициентов массопередачи.................. 40
3.7. Определение числа тарелок .............................................. 42
3.8. Определение высоты ректификационной колонны ......... 44
3.9. Определение гидравлического сопротивления колонны 45
3.10. Тепловой расчет ректификационной установки ............ 47
4. Пример расчета непрерывнодействующей тарельчатой
колонны……………………………………………………………49
Библиографический список ........................................................ 74

3

1. ТРЕБОВАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВЫХ
ПРОЕКТОВ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ПРОЦЕССЫ И
АППАРАТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ»
1.1. Содержание курсовых проектов
Курсовые проекты, независимо от их тематики, состоят из
текстовой
части
(расчетно-пояснительной
записки)
и
графической конструкторско-технологической документации,
включающей в себя, как правило, 2 листа формата А1 рабочих
чертежей проектируемой установки:
Лист № 1 – чертеж технологической схемы проектируемой
установки (СТ);
Лист № 2 – сборочный чертеж аппарата (СБ).
1.2. Требования, предъявляемые к курсовому проекту
Текстовая часть. Общие положения
Все текстовые документы, схемы, графики, эскизы и
таблицы, входящие в состав расчетно-пояснительной записки к
проекту, выполняют на листах белой бумаги форматом А4
(297х210 мм) с односторонним заполнением. Допускается
выполнение графиков, диаграмм, схем и эскизов на
миллиметровой бумаге такого же формата. В случае, если
рабочее поле диаграмм, графиков, схем и таблиц превышает
указанный формат, необходимо аккуратно согнуть лист в
размеры форматом А4.
Поля на каждом листе текстовой части: слева 30-35 мм,
справа 10 мм, снизу 20 мм, сверху 15 мм. Нумерация листов
записки – сквозная, цифры проставляют посередине в нижней
части листа. Текст записки разбивают на разделы, подразделы,
пункты и подпункты, выделяемые подчеркиванием их названия
и цифровой разрядной нумерацией, с простановкой точек между
цифрами, например:
4

1. Название раздела.
1.1. Название подраздела.
1.1.1. Название пункта.
1.1.1.1. Название подпункта.
В содержание выносятся заголовки на ниже третьего
уровня с указанием соответствующих им страниц.
Расчетные уравнения и формулы в тексте должны иметь
двузначную индексацию, проставляемую в круглых скобках в
правой стороне поля листа. Первая цифра указывает номер
раздела записки, вторая – порядковый номер формулы в этом
разделе, например (3.8). Формулу записывают сначала в
символах, затем подставляют численные значения величин,
входящих в формулу, в какой-либо системе размерностей, а
потом
записывают
конечный
результат.
При
этом
промежуточные вычисления и сокращения не допускаются.
Конечный результат расчета по формулам должен быть
обязательно приведен здесь же в размерности единиц СИ.
Значения символов и числовых коэффициентов, входящих
в формулу, должны быть расшифрованы в тексте
непосредственно за формулой. Каждый символ выписывают с
новой строки в той последовательности, в какой они приведены
в формуле. Первая строка расшифровки должна начинаться со
слова «где», без двоеточия после него. При подстановке в
формулы конкретных величин их место должно строго
соответствовать месту символа в общем виде этой формулы.
При повторном использовании одной и той же формулы
общий вид ее не записывают, а подставляют непосредственно
цифровые величины по указанным правилам и приводят
конечный результат расчета. При этом в тексте дается ссылка на
первый случай применения этой формулы с указанием ее
номера и страницы записки, где она приводится.
Приводимые в записке значения физических параметров
сред и материалов, различных коэффициентов и постоянных
5

величин должны сопровождаться ссылками в квадратных
скобках, например, [3] порядковый номер в списке
использованной литературы. При этом в тексте дают все
необходимые пояснения, подтверждающие правомочность
принятых значений указанных величин.
Все приводимые в записке методы расчета, основные
расчетные зависимости, схемы установок, выбор типа основных
аппаратов и вспомогательного оборудования должны иметь
ссылки на литературные источники, из которых они
заимствованы (учебная и техническая литература, справочники,
каталоги, ГОСТы, ОСТы и другие нормативные материалы).
Допускают применение нестандартных методов расчета и
исполнение отдельных узлов аппаратов, приведенных в научнотехнических журналах, авторских свидетельствах, патентах,
отчетах по НИР кафедры, а также самостоятельных расчетов и
конструкторских решений, если они не противоречат
физическому смыслу рассматриваемого процесса.
Результаты приведенных расчетов и другой цифровой
материал, содержащийся в тексте записки, рекомендуется
сводить в таблицы, размещаемые после первого упоминания о
них по тексту. Таблицы должны иметь заголовок и в правой
части над ним слово «Таблица» с указанием ее порядкового
номера.
Таблицы, схемы, диаграммы и графики следует размещать
в записке, как и страницы основного текста. В отдельных
случаях допускается горизонтальное расположение их с
верхним полем к стороне подшивки страниц записки. При
применении в проекте расчетов, проводимых на ЭВМ, в записке
следует помещать алгоритм и распечатку результатов расчета с
соответствующими ссылками на источник информации и
необходимыми пояснениями в тексте.
Рекомендуется следующий ориентировочный порядок
расположения отдельных частей и разделов расчетно6

пояснительной записки (РПЗ) (в зависимости от изучаемой
специальности).
1. Титульный лист проекта (см. Приложение 1).
2. Задание на курсовой проект.
3. Содержание РПЗ с перечислением всех разделов,
подразделов, пунктов и подпунктов, с указанием справа от
записи номеров страниц по тексту.
4. Введение, включающее в себя краткий обзор по теме
проекта, характеристику исходного сырья, полупродуктов и
целевых продуктов, их значение и область применения, а также
другие сведения общего характера.
5. Технологический расчет.
6. Расчетно-пояснительная записка должна заканчиваться
списком
литературы,
включающим
использование
в
выполняемом проекте источников информации. Учебная,
научно-техническая литература, монографии, справочники и
методические пособия содержат фамилию и инициалы автора
(авторов), название (без кавычек), место (город) издания,
название издательства, год издания и общее число страниц.
Объем текстовой части
Объем текстовой части расчетно-пояснительной записки,
включая диаграммы, графики, схемы, таблицы должен быть не
менее 30 страниц рукописного текста.
Пояснительная записка после выполнения всех видов
расчета и графической части проекта должна быть
сброшюрована в папку «Скоросшиватель» (или другой тип
твердого переплета, например, ватман). На обложку наклеивают
титульный лист проекта, который должен быть подписан
студентом и преподавателем. После проверки содержания
расчетно-пояснительной записки консультант делает пометку на
титульном листе «К защите» с указанием даты готовности
проекта.
7

1.3. Общие положения и основные рекомендации по
выполнению графической части курсового проекта
В графическую часть курсовых проектов включают
конструкторские и технологические графические документы
(чертежи и схемы, выполненные на 4 листах ватманской бумаги
форматом А1 с полями по 5 мм, кроме поля слева 20 мм),
чертежи должны давать полное и ясное представление о
принятых инженерных решениях и разработках, приведенных в
курсовом проекте.
Чертежи и схемы типовых, стандартных элементов и
оборудования, выпускаемых серийно и применяемых в проекте
без каких-либо существенных изменений, в состав проекта не
включают.
Чертежи графической части курсового проекта выполняют
в карандаше или на компьютере в системах «Autocad»,
«Компас» в соответствии с правилами технического
машиностроительного черчения, изложенными в нормативных
документах ЕСКД.

8

Приложение 1
НИЖНЕКАМСКИЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ
ИНСТИТУТ
Факультет ____________________
Кафедра ПАХТ

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
Тема проекта: Ректификационная установка
непрерывного действия для разделения смеси бензол-толуол
производительностью 18000 кг/ч.

Руководитель проекта
__________________
Студент
______________________________
Группа
_______________________________
Проект на ___ листах защищен и принят с оценкой______
Зачетная книжка №_________________________________

9

2. КРАТКАЯ ТЕОРИЯ ПО МАССООБМЕННЫМ
ПРОЦЕССАМ И РЕКТИФИКАЦИИ
2.1. Массообмен
Массообмен – перенос массы компонента смеси в
пределах одной или нескольких фаз. Осуществляется в
результате хаотичного движения молекул (молекулярная
диффузия),
макроскопического
движения
всей
среды
(конвективный перенос), а в турбулентных потоках - также в
результате хаотичного движения вихрей различного размера.
Массообмен включает массоотдачу (перенос вещества от
границы раздела вглубь фазы) и массопередачу (перенос
вещества из одной фазы в другую через поверхность раздела
фаз). Различают эквимолярный массообмен (например,
ректификация), при котором через поверхность раздела фаз в
противоположных направлениях переносится одинаковое
количество компонентов, и неэквимолярный (например,
абсорбция). Массообмен лежит в основе разнообразных
процессов разделения и очистки веществ, объединяемых в класс
массообменных процессов (см. схему).
Многие тепловые процессы, такие, как прокаливание,
конденсация,
выпаривание,
испарение,
а
также
гидромеханические
флотация,
промывание
газов,
перемешивание
сопровождаются
массообменом.
При
проведении химических процессов массообмен определяет
скорость подвода веществ в зону реакции и удаления продуктов
реакции. В большинстве случаев в массообмене участвуют две
или более фаз, в которых концентрации целевого компонента
при равновесии различаются. При взаимодействии двух фаз в
соответствии со вторым началом термодинамики их состояние
изменяется в направлении достижения равновесия, которое
характеризуется равенством температур и давлений фаз, а также
равенством химических потенциалов каждого компонента в
10

сосуществующих фазах. Движущая сила переноса компонента
из одной фазы в другую – разность химических потенциалов
этого компонента во взаимодействующих фазах. Переход
компонента происходит в направлении убывания его
химического потенциала. Массообмен осуществляется также
под действием градиентов электрических потенциалов (при
электрофорезе, в электрохимических процессах), температуры
(например, в термодиффузионной колонне для разделения
изотопов) и др. Однако на практике движущую силу
массообмена обычно выражают через градиент концентраций,
что значительно упрощает связь между скоростью процесса и
составом технологических потоков. При дистилляции в
непосредственном контакте находятся насыщенный пар и
кипящая жидкость, что способствует переносу менее летучих
компонентов из пара в жидкость и более летучих - из жидкости
в пар. В процессах адсорбции газовая или жидкая смесь
разделяется в результате предпочтительной сорбции одного из
компонентов на поверхности твердого адсорбента.
Кристаллизацию
используют
для
выделения
кристаллизующейся твердой фазы из раствора путем создания
условий пересыщения по нужному компоненту. Мембранные
процессы разделения основаны на способности некоторых
тонких пленок или пористых перегородок пропускать одни
соединения и задерживать другие. Операции сушки зависят от
переноса, как жидкости, так и пара внутри твердого тела и затем
пара в осушающий газ. Все эти процессы, а также ионный
обмен, сублимация и др. объединяются общими кинетическими
закономерностями, определяющими скорость межфазного
переноса массы. Последняя зависит от скорости молекулярной
диффузии в неподвижной среде и скорости конвективной
диффузии в движущейся среде, а также от специфических
условий на границе раздела фаз.
11

Массообменные процессы
Тепломассо Сорбционные
обменные
процессы
процессы
Абсорбция
Зонная
плавка
Адсорбция
Кристаллизация
Сушка

ЭкстракЭлектроционные Диффузионные
процессы
процессы

Десорбция

Дистилляция

Увлажнение

Электрофорез

Мембранные процессы
Микрофильтрация

Растворение

Ректификация

Экстракция из
жидкостей

Ионный обмен

Сублимация

Набухание

Экстракция из
твердых веществ

Диализ
Электродиализ
Обратный
осмос
Электроосмос
Термооосмос

Электроосмофильтрация
Разделение на
жидких
мембранах
Экстракция
через
мембрану
Испарение
через
мембрану
Мембранное
газоразделение

12

Массообменные процессы
Тепломассо Сорбционные
обменные
процессы
процессы
Абсорбция
Зонная
плавка
Адсорбция
Кристаллизация
Сушка

ЭкстракЭлектроционные Диффузионные
процессы
процессы

Десорбция

Экстракция из
жидкостей

Ионный обмен

Сублимация
Дистилляция

Электрофорез

Мембранные процессы
Микрофильтрация

Растворение
Увлажнение

Диализ

Набухание

Электродиализ

Ректификация

Экстракция из
твердых веществ

Обратный
осмос
Электроосмос
Термоосмос

Электроосмофильтрация
Разделение на
жидких
мембранах
Экстракция
через
мембрану
Испарение
через
мембрану
Мембранное
газоразделение

13

Перенос вещества в движущейся среде обусловлен двумя
различными механизмами. Наличие разности концентраций в
жидкости (газе) вызывает молекулярную диффузию; кроме того,
частицы вещества, растворенного в жидкости, увлекаются
последней при ее движении и переносятся вместе с ней.
Совокупность обоих процессов называется конвективной
(турбулентной) диффузией. Для математического описания
конвективной диффузии в ламинарном потоке несжимаемой
жидкости используют уравнение:
dC A
+ (u ×Ñ)C A = - div jA
(1)
dt
где СА – концентрация диффундирующего компонента А,
моль/м3, τ – время, с, u - вектор скорости макроскопического
течения, м/с, Ñ – набла (оператор Гамильтона), div jA –
дивергенция, jA – вектор плотности диффузионного потока
(количество вещества, переносимого путем диффузии в единицу
времени через единицу площади поверхности), моль/(м2·с).
Величину jA находят из уравнения:
j A = - DAB grad C A
(2)
где DAB – коэффициент молекулярной диффузии компонента A,
м2/с, grad СА – градиент поля концентрации.
Во
многих
случаях
массоотдачи,
особенно
к
турбулентному потоку или от него, наиболее резкое падение
градиента концентрации по нормали к границе раздела фаз
сосредоточено в тонком слое, прилегающем к этой границе, на
которой, как правило, существует равновесие. Учитывая это,
удобно ввести для расчета процессов переноса вещества в
пределах данной фазы от границы раздела вглубь потока (в ядро
потока) или из ядра потока к межфазной поверхности
коэффициент массоотдачи β в виде отношения плотности
диффузионного потока к