Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Расчет тарельчатой ректификационной колонны.




 

3.1Материальный баланс колонны и определение рабочего флегмового числа.

Производительность колонны по дистилляту Р и кубовому остатку W определяем из уравнений материального баланса колонны:

Откуда находим:

 

3.2 Определение молярных концентраций исходной смеси, дистиллята и кубового остатка

 

кмоль/кмоль смеси

Аналогично найдем: кмоль/кмоль смеси; кмоль/кмоль смеси

 

3.3 Построение равновесной кривой и изобары температур кипения и конденсации.

Данные по равновесию приведены в таблице:

Таблица 1.

 

Хмол %
Умол % 0.000 10.838 20.57 37.23 50.84 62.061 71.374 79.16 85.71 91.254 95.97 98.063
T0 C   110.6 108.4 106.2 102.2 98.61 95.3 92.25 89.44 86.84 84.43 82.19 81.12 80.1

 

Рис. 2 Кривая равновесия в координатах y – x

Рис. 3Изобары температур кипения и конденсации.

 

3.4 Определение минимального флегмового числа.

 

 

Определение рабочего числа флегмы.

 

 

 

3.5 Определение массовых расходов по жидкости для верхней и нижней частей колонны.

 

где и - средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны; и мольные массы дистиллята и исходной смеси.

Мольную массу дистиллята можно принять равной массе легколетучего компонента – бензола. Мольная масса жидкость соответственно равна:

где и - средний мольный состав жидкости в верхней и нижней части колонны:

кмоль/кмоль смеси

кмоль/кмоль смеси

 

Тогда

кг/кмоль

кг/кмоль

 

Мольная масса исходной смеси:

кг/кмоль

 

Подставив, получим:

кг/с

кг/с

 

3.6 Определяем массовые потоки пара в верхней и нижней частях колонны.

где и - средние мольные массы паров в верхней и нижней частях колонны:

где

кмоль/кмоль смеси

кмоль/кмоль смеси

Тогда

кг/кмоль

кг/кмоль

Подставив, получаем:

кг/с

кг/с

 

3.7 Расчет скорости пара и диаметра колонны

 

Для расчета скорости пара в колоннах с тарелками воспользуемся формулой:

 

 

где - средняя плотность жидкости в колонне (796 кг/ ), - плотность пара в верхней и нижней части колоны.

кг/

кг/

Тогда

м/с

м/с

 

Так как скорости мало отличаются друг от друга, в расчете используем среднюю скорость наров:

м/с

 

Ориентировочный диаметр колонны определяют из уравнения расхода:

 

 

Принимаем средний массовый поток пара в колонне G равным полусумме и :

кг/с

 

Средняя плотность паров:

кг/

 

Диаметр колонны

м

 

Стандартный диаметр обечайки колонны d = 1,8м. При этом действительная рабочая скорость пара будет равна:

м/с

По каталогу для колоны диаметром 1800мм выбираем ситчатую однопоточную тарелку ТС-Р со следующими конструктивными размерами:

· диаметр отверстий в тарелке ……………………………….8мм

· шаг между отверстиями t ………………………………………15мм

· свободное сечение тарелки Fc …………………………………18,8%

· высота переливного порога …………………………………30мм

· ширина переливного порога b …………………………………1050мм

· рабочее сечение тарелки ……………………………………2,294

·

Скорость пара в рабочем сечении тарелки:

м/с

 

3.8 Расчет высоты ректификационной колонны

 

Для перекрестного и перекрестно-прямоточного движения потоков пара и жидкости без учета влияния брызгоуноса эффективность по Мерфри может быть вычислена по следующей зависимости:

 

где

 

здесь - локальная эффективность контакта по пару;

S – число секций полного перемешивания;

где - доля байпасирующей жидкости, характеризующая степень поперечной неравномерности потоков;

- фактор массопередачи;

m – коэффициент распределения компонентов по фазам в условиях равновесия;

G/L – соотношение мольных нагрузок по пару и жидкости; для верхней части колонны ; для нижней части .

Локальная эффективность связана с общим числом едениц переноса по паровой фазе на тарелке следующим соотношением:

где

Здесь в моль/( ); - средняя мольная масса паров, кг/кмоль.

Коэффициент массопередачи определяют по уравнению аддиативности фазовых диффузионных сопротивлений:

где и - коэффициенты массоотдачи, отнесенные к единице рабочей площади тарелки, соответственно для жидкой и паровой фаз.

 

3.9 Определение высоты светлого слоя жидкости на тарелке и паросодержания барботажного слоя.

 

Высоту светлого слоя жидкости для ситчатых тарелок находят по уравнению:

где - удельный расход жидкости на 1 м ширины переливной перегородки; b – ширина переливной перегородки; - высота переливной перегородки; и - поверхностное натяжение жидкости и воды соответственно при средней температуре в колонне; .

Для верхней части колонны:

 

м

 

Для нижней части колонны:

 

м

 

Паросодержание барботажного слоя находят по формуле:

 

где

 

Для верхней части колонны:

 

Для нижней части колонны:

 

 

 

3.10 Расчет коэффициентов массопередачи и высоты колоны

 

Находим вязкость жидких смесей:

где и - вязкости жидких бензола и толуола при температуре смеси.

Тогда:

мПа*с

мПа*с

 

Определяем вязкость паров и коэффициенты диффузии в жидкой и паровой фазе.

Вязкость паров для верхней части колонны:

 

где и - вязкость паров бензола и толуола при средней температуре верхней части колонны, - средняя концентрация паров: .

Подставив, получим:

мПа*с

 

Аналогичным расчетом для нижней части находим мПа*с

Вязкости паров близки, поэтому можно принять среднею вязкость паров в колонне мПа*с

Коэффициент диффузии в жидкости при средней температуре t равен:

Коэффициенты диффузии в жидкости при можно вычислить приближенной формуле:

 

где А, В – коэффициенты, зависящие от свойств растворенного вещества и растворителя; и - мольные объемы компонентов в жидком состояние при температуре кипения; - вязкость жидкости при .

Тогда:

 

Температурный коэффициент определяем по формуле:

Здесь и принимаются при температуре .

Тогда:

Отсюда:

Аналогично для нижней части колонны находим:

Коэффициент диффузии в паровой фазе может быть вычислен по уравнению:

где Т – средняя температура в соответствующей части колонны; Р – абсолютное давление в колонне.

Тогда в верхней части колонны равен:

 

Для нижней части:

 

 

Вычисляем коэффициенты массоотдачи.

Для верхней части колонны:

в жидкой фазе

м/с

 

в паровой фазе

м/с

Для нижней части колонны:

в жидкой фазе

м/с

в паровой фазе

м/с

Пересчитаем коэффициенты массоотдачи на :

для верхней части колонны

для нижней части колонны

 

Коэффициент массоотдачи вычисляем по коэффициентам массоотдачи в верхней части колонны:

Находим общее число единиц переноса на тарелку:

 

Находим локальную эффективность:

Определяем фактор массопередачи для верхней части колонны:

Определим величину :

 

Для колон диаметром более 600 мм с ситчатыми и клапанными тарелками отсутствуют надежные данные по продольному перемешиванию жидкости, поэтому с достаточной степенью приближения можно считать, что одна ячейка перемешивания соответствует длине пути жидкости , равной 300 – 400 мм.

Примем мм и определим число ячеек полного перемешивания S как отношение длины пути жидкости на тарелке к длине . Определим длину пути жидкости как расстояние между переливными устройствами:

м

Тогда число ячеек полного перемешивания на тарелке равно:

Определяем эффективность по Мерфри с учетом перемешивания на тарелке :

Определяем эффективность по Мерфри с учетом байпасирующего потока жидкости :

Зная эффективность по Мерфри можно определить концентрацию пара на выходе с тарелки из соотношения:

где и - концентрация пара соответственно на входе тарелки и равновесная с жидкостью на тарелке.

Действительная концентрация пара будет отличатся от , вычисленной по значениям , вследствие явления обратного перемешивания жидкости в колонне, вызванного брызгоуносом. Влияние брызгоуноса может быть учтено соотношением:

где - действительная концентрация пара на выходе из тарелки (ордината точки на кинетической линии); - состав жидкости на тарелке; - относительный унос жидкости.

По уравнению:

определим :

Определим коэффициент m, учитывающий влияние на унос физических свойств жидкости и пара:

Откуда:

Определим высоту сепарационного пространства:

где - межтарельчатое расстояние; - высота барботажного слоя (пены).

м

Тогда:

м

и

При таком значение комплекса унос кмоль/кмоль.

Тогда:

Аналогичным образом подсчитываем для других составов жидкости. По полученным значениям на диаграмме наносим точки, по которым проводим кинематическую линию. Построением ступеней между рабочей и кинематической линиями определяют число действительных тарелок для верхней (укрепляющей) части и нижней (исчерпывающей) части колонны. Общее число действительных тарелок равно:

Высоту тарельчатой ректификационной колонны определяют по формуле:

где - расстояние между тарелками; и - расстояние между верхней тарелкой и крышкой колонны и между днищем колонны и нижней тарелкой.

Рис. 4 Диаграмме . 1 – линия равновесия; 2 – кинетическая линия; 3,4 – рабочие линии.

 

м

 

 

3.11 Расчет гидравлического сопротивления тарелок колонны.

 

Гидравлическое сопротивление тарелок колонны определяют по формуле:

где и - гидравлическое сопротивление одной тарелки верхней и нижней частей колонны.

Гидравлическое сопротивление сухой ситчатой тарелки рассчитаем по уравнению:

Па

Определяем гидравлическое сопротивление газо-жидкостного слоя на тарелках в верхней и нижней частях колонны:

Па

Па

Гидравлическое сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения, равно:

Па

Тогда полное сопротивление одной тарелки равно верхней и нижней частей колонны равно:

Па

Па

Полное гидравлическое сопротивление колонны равно:

Па

 

Вывод

 

Литература

 

1. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/Под ред. Ю. И. Дытнерского. – М.: Химия, 1983. – 272 с., ил.

2. Павлов К. Ф., Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учебное пособие для вузов под ред. чл.-корр. АН России П. Г. Романкова. – 14-е изд., стереотипное. Перепечатка с издания 1987 г. М.: ООО ИД «Альянс», 2007. – 576 с.

 

 







Дата добавления: 2015-08-17; просмотров: 3296. Нарушение авторских прав


Рекомендуемые страницы:


Studopedia.info - Студопедия - 2014-2019 год . (0.039 сек.) русская версия | украинская версия