Пример расчета тарельчатой ректификационной колонны (контрольные задачи)

ПРИМЕР РАСЧЕТА ТАРЕЛЬЧАТОЙ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЫ

Рассчитать ректификационную колонну непрерывного действия с ситчатыми тарелками для разделения под атмосферным давлением 10 т/ч жидкой смеси, содержащей 50% бензола и 50% толуола (массовые доли). Требуемая массовая доля бензола в дистилляте 96 %, массовая доля толуола в кубовом остатке 98 %. Исходная смесь подогрета до температуры кипения. Греющий пар имеет давление 3 кгс/см2. Необходимо определить расходы дистиллята, кубового остатка, греющего пара, охлаждающей воды, флегмовое число и основные размеры колонны - ее диаметр и высоту. Определение числа тарелок выполнить: а) графически -методом теоретической тарелки; б) аналитически - методом от тарелки к тарелке - с помощью ЭВМ.

Пример расчета тарельчатой ректификационной колонны (контрольные задачи)

По этой ссылке вы найдёте полный курс лекций по математике:

Решение задач по математике

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ

6.1. Простой перегонке под атмосферным давлением подвергаются 2600 кг смеси уксусной кислоты и воды. Молярная доля уксусной кислоты в исходной смеси 10%, в остатке - 50%. Определить массу остатка и дистиллята и состав дистиллята. Данные о равновесных составах см. в табл. XLIII.

6.2. Крезол (СН3СбН4ОН) перегоняется с водяным паром а) под атмосферным давлением; б) под давлением 300 мм рт. ст. Определить: температуру перегонки, массовую долю крезола в получаемой смеси, объемную долю крезола в паре и его парциальное давление. Принять ф = 0,8. Давление насыщенного пара крезола -см. рис. XI (.w-крезол).

6.3. Глицерин очищается перегонкой с перегретым водяным паром при 230 °С под вакуумом 590 мм рт. ст. Степень насыщения водяного пара парами глицерина 0,75. Определить расход пара, уходящего с 1 т глицерина. Сырой глицерин подается при температуре перегонки. Аппарат имеет внешний обогрев. Как изменится состав паровой смеси, если повысить вакуум до 620 мм рт. ст.? Температура кипения чистого глицерина под давлением 760 мм рт. ст.

290 °С, а под давлением 50 мм рт. ст. - 205 °С. Воспользоваться правилом линейности, взяв в качестве стандартной жидкости воду (табл. XXXIV).

6.4. Смесь бензола и толуола кипит при 95 "С под давлением 760 мм рт. ст. При 95 "С давление насыщенного пара бензола Рб = = 1167 мм рт. ст.; давление насыщенного пара толуола Р7 = 480 мм рт. ст. Найти состав кипящей жидкости, считая, что смесь характеризуется законом Рауля. Если жидкость будет содержать в два раза меньше толуола, то под каким давлением она будет кипеть при той же температуре?

6.5. Определить равновесные составы жидкости и пара для смеси метанол - вода при температуре 50 СС: а) под давлением 300 мм рт. ст.; б) под давлением 500 мм рт. ст., считая, что смесь характеризуется законом Рауля. Объяснить полученный для случая б) результат.

6.6. Построить кривую равновесия х - у* при общем давлении 2 кгс/см2 для смеси гексан - гептан, считая приложимым закон Рауля. Давление насыщенных паров чистых компонентов см. номограмму (рис. XI).

6.7. Определить состав равновесного пара над жидкой смесью, для которой молярная доля воды 10%, уксусной кислоты 50% и ацетона 40 %, при t - 80 'С, считая, что компоненты смеси следуют закону Рауля.

6.8. В ректификационную колонну непрерывного действия поступает жидкость с молярной долей легколетучего компонента 24 %. Молярная доля легколетучего компонента в дистилляте 95 %, в кубовом остатке - 3 %. В дефлегматор поступает 850 кмоль/ч пара, а в колонну из дефлегматора 670 кмоль/ч флегмы. Определить молярный расход кубового остатка.

6.9. Определить аналитически абсциссы точек пересечения рабочих линий ректификационной колонны с диагональю диаграммы у - х и друг с другом.

6.10. В ректификационной колонне непрерывного действия разгоняется смесь этанола и воды. Уравнение рабочей линии нижней части колонны: у = 1,28л: - 0,0143. Определить массовую долю спирта в кубовом остатке.

6.11. В колонну непрерывного действия подается смесь бензола и хлороформа. При ректификации получается дистиллят с массовой долей легколетучего компонента 95 %. Питающая жидкость содержит 40% этого компонента. Найти флегмовое число, если известно, что оно в 2 раза больше минимального. Данные о равновесных составах см. в табл. XLIII.

6.12. В ректификационной колонне непрерывного действия разгоняется под атмосферным давлением 340 кмоль/ч смеси вода уксусная кислота. Ордината точки пересечения рабочих линий 0,48. Уравнение рабочей линии верхней части колонны: у = 0,84л: 4-+ 0,15. Расход пара, поступающего в дефлегматор, 550 кмоль/ч. Определить массовый расход кубового остатка и массовую долю уксусной кислоты в нем.

6.13. В ректификационную колонну непрерывного действия подается 1000 кмоль/ч смеси, в которой молярная доля пентана 30 % и гексана 70 %. В верхнем продукте молярная доля пентана 95 %, в нижнем - молярная доля гексана 90 %. Определить массовый расход верхнего и нижнего продуктов, а также расход пара, конденсирующегося в дефлегматоре, если известно, что флегмовое число R = 3.

6.14. Из ректификационной колонны выходит 1100 кг/ч дистиллята с массовой долей легколетучего компонента 98,5 % и 3650 кг/ч кубового остатка с массовой долей второго компонента 96,6%. Число флегмы 2,94. Определить: а) массовую долю легколетучего компонента в питании колонны; б) расход пара, поступающего из колонны в дефлегматор.

6.15. На одной из тарелок ректификационной колонны в верхней (укрепляющей) ее части кипит смесь азота и кислорода. Молярная доля азота в жидкости, стекающей с тарелки, 50 %. Найти состав жидкости, стекающей сверху на данную тарелку, если одна ступень изменения концентрации соответствует одной тарелке. Число флегмы 2,3. Верхний продукт принять за чистый азот. Данные о равновесных составах см. в табл. XLIII.

Возможно вам будут полезны данные страницы:

Распространение тепла в конечном стержне
Расчет цилиндрической косозубой передачи
Криволинейные интегралы
Напряжения и деформации при кручении

6.16. На одной из тарелок верхней части ректификационной колонны находится жидкость, молярная доля легколетучего компонента в которой 65 %. Колонна работает при флегмовом числе R = 2,5. Молярная доля легколетучего компонента в дистилляте 98%.

Определить составы пара, приходящего на указанную тарелку и уходящего с нее, если коэффициент обогащения тарелки г¦ = = 0,75, смесь следует закону Рауля, коэффициент относительной летучести а = 2,5. Жидкость на тарелке полностью перемешивается.

6.17. В ректификационной колонне непрерывного действия молярные составы: xD = 90 %, xF 30 %, xw = 3 %; R = 8. Определить состав пара, приходящего на тарелку, где в жидкости молярная доля легколетучего компонента: а) 75 % и б) 15 %.

6.18. В ректификационной колонне непрерывного действия получается 200 кг/ч 70 % -й (молярная доля) уксусной кислоты. Смесь уксусной кислоты с водой поступает в колонну при температуре кипения. Молярная доля уксусной кислоты в исходной смеси 31 %.

С верха колонны отгоняется

смесь с молярной долей уксусной кислоты 8%. Давление в колонне атмосферное. Определить число ступеней изменения концентрации при числе флегмы 4. Определить также расход в кубе колонны греющего пара (р^ = 4 кгс/см2), имеющего влажность 5 %. Тепловые потери составляют 4 % от полезно затрачиваемой теплоты. Данные о равновесных составах см. в табл. XLII1.

6.19. Уравнения рабочих линий ректификационной колонны для разделения смеси бензола и толуола под атмосферным давлением: у — 0,723* + 0,263; у = 1,25*- 0,0188. В колонну подается 75 кмоль/ч смеси при температуре кипения. Греющий пар в кубе колонны имеет избыточное давление 3 кгс/см2. Определить требуемую поверхность нагрева в кубе колонны и расход греющего пара, имеющего влажность 5 %. Коэффициент теплопередачи в кубе К = 580 Вт/(м2 К). Тепловыми потерями пренебречь. Температуру кипения жидкости в кубе принять как для чистого толуола.

6.20. В ректификационную колонну непрерывного действия подается смесь вода - этанол, массовая доля спирта в которой 10%. Определить расход теп лоты в кубе колонны и количество отводимой теплоты в дефлегматоре на 1 кг дистиллята, в котором массовая доля спирта 94 %, если кубовый остаток практически не содержит спирта. Исходная смесь вводится в колонну при температуре 70 С. Флегмовое число равно 4. Тепловыми потерями пренебречь. Обогрев глухим паром.

6.21. Производительность ректификационной колонны для разделения смеси метанол - вода составляет 1500 кг/ч дистиллята. Колонна работает под атмосферным давлением. Поверхность теплообмена дефлегматора 60 м2, коэффициент теплопередачи в нем 810 Вт/(м2 К). Определить число флегмы и расход охлаждающей воды в дефлегматоре, если она нагревается от 15 до 35 *С.

6.22. Определить требуемую поверхность и расход воды в дефлегматоре ректификационной колонны для разделения бензоль-но-толуольной смеси при следующих условиях: расход верхнего продукта 600 кг/ч; число флегмы 3,75; начальная и конечная температуры охлаждающей воды 20 и 45 С; коэффициент теплопередачи 700 Вт/(м2 К). Считать верхний продукт чистым бензолом. Давление в колонне атмосферное.

6.23. Определить необходимое число тарелок в ректификационной колонне периодического действия для разгонки смеси хлороформ - бензол под атмосферным давлением. Молярная доля хлороформа в исходной смеси 38 %, в дистилляте - 97 %, в кубовом остатке после перегонки - 10%. Коэффициент избытка флегмы 2. Данные о равновесных составах см. в табл. XLIII. На одну ступень изменения концентрации приходится 1,4 тарелки.

6.24. Обогрев куба ректификационной, колонны, в которую подается на разделение 6 т/ч бензольно-толуолыюй смеси, производится паром с абсолютным давлением 0,1 МПа. Массовая доля бензола в исходной смеси 32%. Требуемая массовая доля бензола в дистилляте 97 %, толуола в кубовом остатке - 95 %.

Определить: а) массовые расходы получаемого дистиллята и кубового остатка; б) требуемое число тарелок при числе флегмы 3,1 и при КПД тарелок г\ = 0,71; в) расход греющего пара и расход воды в дефлегматоре при нагреве воды в нем на 15 К. Влажность греющего пара 5 %.

Смесь характеризуется законом Рауля. Тепловые потери принять в размере 3 % от полезно затрачиваемой теплоты. Питание подается в колонну при температуре кипения. Принять разность температур в кубе колонны 10 К.

6.25. Определить диаметр и высоту тарельчатой колонны для разделения смеси метанол - вода под атмосферным давлением. Расход исходной смеси 3 т/ч. Молярная доля метанола в питании 40 %, в дистилляте 95 % , в кубовом остатке 5 %. Скорость пара в колонне 0,8 м/с, расстояние между тарелками Я = 300 мм. Зависимость коэффициента обогащения ц от состава жидкости: 60

6.26. В ректификационной колонне непрерывного действия при атмосферном давлении разделяется 5,8 т/ч смеси бензол -толуол. Концентрации летучего компонента в исходной смеси 14 %, в дистилляте 90 % ив кубовой жидкости 5 % (масс.). Абсолютное давление сухого насыщенного водяного пара в кубе-испарителе (рис. 6.1) 2,5 атм. Флегмовое число равно 2,9. Вода в дефлегматоре нагревается от 24 до 40 °С. Определить: 1) явный вид уравнений рабочих линий процесса для верхней и нижней частей колонны (в мол. долях); 2) необходимые расходы греющего пара в кубе-испарителе и воды в дефлегматоре; 3) требующиеся поверхности дефлегматора и куба-испарителя при коэффициентах теплопередачи в них 800 и 1400 Вт/(м2 - К) соответственно.

6.27. Определить необходимое количество реальных тарелок при непрерывной ректификации 2,0 т/ч смеси этанол - вода. Концентрации летучего компонента в исходной смеси, в дистилляте и в кубовой жидкости (остатке) составляют: 0,20; 0,70 и 0,05 мол. долей летучего компонента. Среднее значение коэффициента обогащения (КПД) реальных тарелок 0,62. Коэффициент избытка флегмы равен 1,4. Дать явный вид уравнений рабочих линий процесса. Вычислить расходы дистиллята и кубовой жидкости. Равновесные данные смеси взять из табл. XLIII.