❄️Семинар 5. Расчет ректификационных колонн. Вывод формул и расчет методом Мак-Кеба и Тиле

Описание

Запись семинаров по дисциплине "Машины и аппараты криогенной техники".

?Пятый семинар по ПМиАКТ на кафедре Э4 для магистров первого года обучения. На семинаре была рассмотрена обобщенная схема разделительной установки, включающая блоки компримирования, очистки и осушки, охлаждения в ХМ, охлаждения в основном криогенном ТОА и непосредственно блок разделения. В процессе ознакомления с каждым блоком были даны комментарии по проектированию и расчету отдельного узла установки при различных условиях работы. В основной части семинара были составлены уравнения массового, концентрационного и энергетического балансов для двухсекционных и односекционных ректификационных колонн. Выведены зависимости для расчета долей продукционного и отбросного потоков, коэффициенты извлечения по низкокипящему и высококипящему компоненту, флегмового числа и флегмового отношения, теплоты конденсации и испарения из уравнений энергетического баланса. Для диаграммы y-x были выведены уравнения рабочих линий, рассмотрены предельные положения рабочих линий и их физический смысл. Определены расчетные положения рабочих линий для определения числа теоретических тарелок в двухсекционной и односекционной колонне с различными по температуре кипения продукционными потоками.

Цель семинара - дать основные теоретические соотношения, на основании которых изложить полную методику расчета тепломассообменных аппаратов методами Мак-Кеба и Тиле в диаграмме y-x.

⚙️Семинар проводит аспирант кафедры Э4 - Мамедов Владислав Марсельевич. Если у Вас есть замечания по содержанию материала или Вы с чем-то не согласны, пожалуйста, напишите комментарий или свяжитесь по почте (mamedov-vm@bk.ru).

?Материалы, представленные на семинарах, находятся в открытом репозитории на GitHub (github.com/Mamedov-Vladislav/Machines-and-apparatus-for-cryogenic-technology)

?Тайм-коды видео:
00:00 Заставка
00:12 Вступление
00:25 Тема семинара
# Обобщенная схема разделительной установки
00:48 Забор воздушной смеси
00:57 Первичная очистка смеси
01:16 Блок компримирования
03:40 Влагоотделитель после сжатия
05:10 Классификация установок по давлению
05:25 Снижение точки россы в ХМ
07:20 Влагоотделитель после охлаждения
07:45 Блок адсорберов, особенности
10:20 Модели воздушной смеси
12:05 Дополнительный холода
12:25 Аммиачная ХМ для ПО
13:40 Основной криогенный ТОА
14:15 Холод отбросного и продукционного потоков
15:26 Место потери эффективности криогенного цикла
16:22 Где реализовывать расширение прямого потока
17:46 Точка ввода смеси
# Схема двухсекционной ректификационной колонны
18:57 Конденсатор
19:28 Насадочная часть
19:38 Испаритель
20:10 Обозначения элементов
20:26 Ввод потока рабочей смеси
20:48 Введение обозначений потоков
23:05 Варианты фазового состава потоков
25:36 ...
# Уравнения балансов для колонны
26:02 Уравнение массового баланса
27:16 Уравнения концентрационного баланса
27:34 Поток D - жидкий, поток R - жидкий
28:04 Обозначения энтальпий и концентраций
32:23 Поток D - жидкий, поток R - пар
32:58 Поток D - пар, поток R - жидкий
33:15 Поток D - пар, поток R - пар
33:37 Уравнения для односекционной колонны
34:37 Уравнение энергетического баланса
# Расчет характеристик колонны
35:08 Расчет коэффициента извлечения (КИ)
36:26 КИ по низкокипящему компоненту
37:17 КИ по высококипящему компоненту
39:25 Расчет расходов
39:32 Вопрос 1
42:02 Расходы продукционных потоков
42:16 Расход низкокипящего компонента
44:16 Расход высококипящего компонента
44:54 Что влияет на расходы компонентов?
48:15 Первый аспект оптимизации (по коэффициенту извлечения)
51:48 ...
52:46 Нормальные условия расчета объемного расхода
54:02 Перевод единицы измерения объемного расхода
54:20 Перевод из рабочих условий в нормальные
54:56 Перевод из нормальных условий в рабочие
55:48 Перевод объемных расходов через ЗСМ
58:00 Вопрос 2
58:46 ...
# Тепловые расчет колонны
59:30 Тепловые балансы
01:00:00 Тепловой баланс конденсатора
01:05:53 Тепловой баланс испарителя
01:08:50 Уравнения рабочих линий (РЛ)
01:09:42 Флегмовое отношение (ФО)
01:10:30 Физический смысл ФО
01:13:02 ...
01:13:30 Флегмовое число (ФЧ)
01:14:36 Физический смысл ФЧ
# Связь ФЧ и ФО
01:15:32 ФЧ через ФО для концентрационной секции
01:18:56 ФЧ через ФО для исчерпывающей секции
01:22:14 ...
# Графический расчет методом Мак-Кеба и Тиле
01:23:00 Построение изобары равновесных состояний y-x
01:23:12 Выбор давления в колонне
01:24:58 Построение диаграммы
01:26:06 Варианты фракционного состава питания колонны
01:29:17 Ограничения для точки пересечения РЛ
01:29:48 Определение положения точки пересечения РЛ
01:31:48 Определение РЛ, соответствующей минимального ФЧ
01:32:36 Определение рабочего ФЧ
01:34:11 Второй аспект оптимизации (по ФЧ)
01:34:20 Построение РЛ
01:35:06 Расчет для односекционной колонны
01:36:30 Построение теоретических тарелок
01:38:52 Вопрос 3
01:42:00 ...
01:42:15 Вопрос 4
01:44:30 Как повысить чистоту продукта?
01:46:42 Геометрический расчет
01:47:36 Нагрузка на конденсатор
01:54:48 Нагрузки на испаритель
01:55:50 Завершение