Контрольная работа по «Моделирование и оптимизация ХТП»

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«Ярославский  государственный технический университет»

Кафедра «химической технологии органических веществ» 
 
 
 

                                                   Лабораторную работу защитил

                                             с оценкой _________________

                                             Преподаватель

                                                                   к.х.н., ст. преподаватель

                                             ___________Н.А.Ножнин

                                             «_____»_____________2009 
 
 
 
 
 
 

Контрольная работа 

По курсу «Моделирование и оптимизация ХТП» 

ЯГТУ 080502.65 – 017 л/р 
 
 
 
 

                                                      Работу выполнил

                                                      студент гр. ЗЭУХ –  48а

                                                      _______А.И. Барышков

                                                      19.01.09 
 
 
 
 

2009 
 
 
 
 

Цель  работы: Решить задачу комплексной оптимизационной работы ректификационной установки. 

Ход работы: 

1. Определяем  капитальную стоимость колонны

 

1. Находим диаметр  колонны:

 

Д = √(4*V)/( * ) = √(4*0,07)/(3,14* 0,18) = 0,73 м 

где:  Д –  диаметр, м

         V – секундный объемный расход газового потока в колонне, м³/с

         - допустимая скорость движения газа вверх по колонне, м/с 

V = G/(3600*ρ_п) =  11512,86/(3600*42,98) = 0,07 м³/с 

где: G -  количество паров в поднимающихся вверх по колонне, кг/с

        ρ_п – плотность пара, кг/м 

G= D *(R+1) = 10099,00*(0,14+1) = 11512,86 кг/с 

где: D – расход дистилата, кг/ч (из мат. баланса л/р №3)

        R – оптимальное Флегмовое число,  (из л/р №3) 

= 0,05*√( ρ_ж - ρ_п)/ ρ_п = 0,05*√(581,95-0,93)/0,93 = 0,24 м/с 

где: ρ_ж – плотность жидкости, кг/м³ 

ρ_ж = ∑ ρ_i*x_i= (582*0,397)+(579*0,582)+(629*0,023)=581,95кг/м 

где: x_i – мольная доля i- го компонента в дистилате, доли (из л/р № 3) 

ρ_п = (Мв./22,4)*(273/Т)* Р= (1,656/22,4)*(273/333)*15,48 =0,93 кг/м 

где: р – давление, атм (из л/р №3) 

2. Находим высоту колонны

 

Н_к = (N-1)*Н_мт +2Д = (38-1)*0,5+2*0,73 = 19,96 м 

где:  Н_к – высота колонны, м

        N – реальное число тарелок, шт

        Н_тм – межтарельчатое расстояние, Н_тм = 0,5м

        

N = N_теор/η = 19/0,5=38 шт 

где:  N_теор – теоретическое число тарелок,  шт(из л/р3)

        η – коэффициент полезного действия, η = 0,5

1.3. Находим  площадь материала необходимого  для изготовления колонны: 

S = *Д*Н_к+2* ( *Д²/4) = 3,14*0,73*19,96+2*(3,14* (0,73)²/4) = 46,71 м 

где:  S - площадь материала необходимого для изготовления колонны, м 

4. Находим объем  затраченного материала:

 

V = S * = 46,71 * 0,006 = 0,28 м³ 

где: V - объем затраченного материала, м³

        - толщина стенки, м; = 0,006 м 

5. Находим массу  материала:

 

m =  V* ρ_ст = 0,28*7800 * 1,3/1000 = 2,84 т 

где: m -  масса материала, кг

       ρ_ст – плотность стали, кг/м³; ρ_ст= 7800 кг/м³,

Полученную массу  увеличим на 30%: на тарелки и различные  внутренние устройства. 

6. Находим стоимость 1 тонны материала колонны:

 

С_1т = 3000 * 3 = 9000 фунт 

где: С_1т - стоимость 1 тонны материала колонны, фунт

       3000 – стоимость 1 тонны материала,  по графику в зависимости от массы аппарата, фунт

Увеличиваем  ее в три раза вследствие большей  сложности изготовления колонны. 

7. Находим стоимость  на 1987 год:

 

С₁₉₈₇ =m* С_1т = 2,84* 9000 = 25574,45 фунтов 
 

8. Находим стоимость  с учетом фактора удорожания и  фактора инсталляции:

 

С = С₁₉₈₇*F_уд*F_инст = 25574,45* 3,62*3,19 =  295328,64 фунт 

где: С - стоимость  с учетом фактора удорожания и  фактора инсталляции, фунт

       F_уд- фактор удорожания, находим в зависимости от давления используя таблицу 2, F_уд = 3,62

      F_инст – фактор инсталляции 

F_инст = 1+f_уст+f_тр+f_инстр+f_электр+f_строит+f_зданий+f_{изоляции} = 1+0,56+0,78+0,13+0,26+0,17+0,04+0,25=3,19 

где: f_уст- факторы, учитывающие затраты на установку

       f_тр - факторы, учитывающие затраты на трубопроводы

      f_инстр - факторы, учитывающие затраты на инструмент

      f_электр - факторы, учитывающие затраты на электрооборудование

     f_строит - факторы, учитывающие затраты на строительство

     f_зданий - факторы, учитывающие затраты на здания

     f_{изоляции} - факторы, учитывающие затраты на изоляцию 
 
 

2. Находим стоимость  дефлегматора

 

С = (6+0,075*F)*1000*F_уд*F_инст = (6+0,075*210,46)*1000*3,62*3,19=251563,71 фунт 

где: F – поверхность теплопередачи, м² 

F = (Q * 1000)/(К * ) = (1241,95*1000)/(250*23,6)=210,46 м² 

где: Q – производительность, кВт

        К – коэффициент теплопередачи  = 250 Вт;

        - средняя разность температур, ^оС 

 
 

Q = D*(R+1)*r/3600=G * r/3600= 11512,86*388,35/3600 = 1241,95 кВт 

где: r -  скрытая теплота парообразования, кДж/кг 

r = ∑x_i*r_i=(0,02*427,28)+(0,96*386,64)+(0,02*452,81) = 388,35 кДж/кг 

для расчета  переводим Кал/моль в кДж/кг пропан ri = 427,28

для расчета  переводим Кал/моль в КДж/кг n- бутан ri = 386,64

для расчета  переводим Кал/моль в КДж/кг i-пентан ri = 452,81 

3. Находим стоимость  кипятильника

 

С = (6+0,075*F)*1000*F_уд*F_инст = (6+0,075*29,65)*1000*3,62*3,19= 94889,82 фунт 

где: F – поверхность теплопередачи, м² 

F = (Q * 1000)/(К * ) = (261241,95*1000)/(1200*23,6)= 29,65 м² 

где:  Q – производительность, кВт (равна нагрузке дефлегматора)

        К – коэффициент теплопередачи = 1200 Вт/м²;

        - средняя разность температур, ^оС,

  рассчитываем исходя из того, что температура паров должна быть больше на 20-30^оС температуры куба. Мы берем температуру куба из л/р №3, температура паров = 160^оС для пара 0,7 атмосфер. 

4. Находим стоимость  флегмовой емкости

 

С = С₁₉₈₇* F_уд*F_инст =  12100* 29,56*3,19=139594,89 фунт 

С₁₉₈₇=m_мат*С_1т = 2,42*5000 = 12100 фунт 

V=(G* )/( ρ_ж*К_зап)= (11512,86*0,5)/( 581,95*0,7)=14,13м³ 

где: = 0,5 часа

     К_зап = 0,7 

Зная объем, найдем V_мат находим площадь ее поверхности и рассчитываем объем материала: 

V_мат=S*0,006 = 51,66*0,006 = 0,303 м³ 

где: V_мат – объем материала, м³

        S – поверхность, м (по графику зависимости от объема, табл 1), S = 51,66 м 

m_мат= V_мат* ρ_ст/1000 = 0,310*7800/1000=2,42т 

где: m_мат – масса материала, тонны 

Находим стоимость 1 тонны стали (по графику в зависимости от массы материала) 

С_1т = 5000 фунт  

5. Текущие затраты

 

Затраты на воду = Q_в * 360*24*0,0036 = 1241,95*360*24*0,0036 = 38629,606 фунт

Затраты на пар = Q_п * 360*24*0,004 = 1241,95*360*24*0,004 = 42921,784 фунт 

где: 0,0036 – стоимость  за 1кВт воды,

        0,004 – стоимость за 1 кВт пара 

Суммарные текущие  затраты = Затраты на воду + Затраты  на пар

С.т.з. = 38629,606 +42921,784 = 81551,39 фунт 

Находим амортизационные  отчисления  

А_о = С/ = (295328,64 +251563,71 +94889,82 +139594,89)/5 = 156275,41 фунт 

где:  - срок окупаемости = 5 лет

         С – сумма всех стоимостей (колонны, дефлегматора, кипятильника, флегмовой емкости) 

Находим полные капитальные затраты 

ПКЗ = Суммарные  текущие затраты + А_о

ПКЗ = 81551,39 +156275,41 = 237826,8 фунт