Курсовая работа: Полный расчет ректификационной колонны
где - мольные доли
легколетучего компонента в жидкости, а - концентрация легколетучего компонента в паре, находящаяся в
равновесии с жидкостью (питанием исходной смеси).
По диаграмме «Равновесное
состояние жидкости и пара» (приложение1) находим при
соответствующем значении , таким
образом
Тогда:
Также для расчета
флегмового числа используем графический метод:
рассчитав число
теоретических ступеней контакта (теоретических тарелок)
R=1.5, y=32,
n=15.2, n(R+1) =15.2(1.5+1) =38
R=2, y=26.67,
n=11.4, n(R+1) =11.4(2+1) =34.2
R=2.5,
y=22.86, n=9, n(R+1) =9(2.5+1) =31.5
R=3, y =20,
n=8, n(R+1) =8(3+1) =32
R=4, y=16,
n=7.33, n(R+1) =7.33(4+1) =36.65
R=5, y=13.33,
n=6.43, n(R+1) =6.43(5+1) =38.58
В данном курсовом проекте
используем , найденное графическим
методом (приложение 3).
2.1.3 Расчет расходов
пара и жидкости в верхней и нижней части колонны.
Найдем уравнение рабочих
линий:
а) для верхней
(укрепляющей) части колонны:
б) для нижней
(исчерпывающей) части колонны:
где F – относительный мольный расход
питания.
Определяем температуры
для нижней и верхней части колонны для жидкости и пара из диаграммы «Зависимость
температуры от равновесных составов пара и жидкости» (приложение1):
ْْC, ْC,
ْْْC, ْC.
Определяем объемный
расход пара:
кмоль/с
Расход пара в нижней и
верхней части колонны определяется по формуле:
,
где p0=760 мм рт. ст. – атмосферное давление,
T0=273 K-
абсолютная температура.
м3/с
м3/с
Молярную массу паровой
смеси в нижней и верхней части колоны находим по формуле:
кг/кмоль
кг/кмоль
Массовые расходы паров в
нижней и верхней части колоны находим по формуле:
кг/с;
кг/с;
Определим плотности пара
в верхней и нижней части колонны по формуле:
кг/м3
кг/м3
Определим вязкость пара в
верхней и нижней части колонны для ацетона (1) и четыреххлористого углерода
(2):
,
где табличные данные: Па. с, Па. с,
С1=651,С2=384-
константы уравнения.
а) для нижней части
колонны:
Па.с Па.с
б) для верхней части
колонны:
Па.с
Па.с
Определим вязкость смеси
пара в нижней и верхней части колонны по формуле:
Па.с
Па.с
Определим плотности
жидкости по формуле:
,
где плотности ацетона,
четыреххлористого углерода соответственно.
а) для нижней части
колонны:
кг/м3
кг/м3
кг/м3
б) для верхней части
колонны:
кг/м3
кг/м3
кг/м3
Определим вязкость смеси
жидкости для нижней и верхней части колонны по формуле:
,
где вязкости ацетона,
четыреххлористого углерода соответственно.
мПа.с мПа.с
мПа.с мПа.с
Па.с
Па.с
Поверхностное натяжение смеси
жидкостей в верхней и нижней части колонны определим по формуле:
,
где поверхностное натяжение
ацетона, четыреххлористого углерода соответственно.
Н/м
Н/м
Н/м
Н/м
м/Н
Н/м
м/Н
Н/м
Находим мольные и массовые
расходы жидкости в нижней и верхней части колонны:
кмоль/с
кг/кмоль
кг/с
кг/с
кмоль/с
кг/кмоль
кг/с
кг/с
2.1.4 Расчет теплового
баланса установки
Тепловой баланс ректификационной
колонны выражается общим уравнением:
где QK – тепловая нагрузка куба; QD –количество теплоты, передаваемой от
пара к воде; Qпот – тепловые потери (5%); -теплоёмкости
соответствующие дистилляту, кубовому остатку и исходной смеси; - температуры
соответствующие дистилляту, кубовому остатку и исходной смеси(находим из
диаграммы «Зависимость температуры от равновесных составов пара и жидкости»
приложение 1):
, ,
.
Найдем удельную теплоту конденсации паров дистиллята по
аддитивной формуле:
кДж/кг
где - теплоты испарения ацетона
и четыреххлористого углерода при температуре дистиллята , .
,
где исходные данные: A1 =72.18; t 1кр=235.1; A2=25.64; t2кр=283.4
;
.
Определим тепловую
нагрузку дефлегматора по формуле:
кВт
Определим теплоёмкости
смеси:
Для ацетона(1): c0=2.11кДж/(кгК); с1=0.0028 кДж/(кгК);
Для четыреххлористого
углерода (2): c0=0.85кДж/(кгК); с1=0.00037 кДж/(кгК);
,
Тогда:
2.2 Гидравлический расчет
насадочной колонны аппарата
бор рабочей скорости
паров обусловлен многими факторами и обычно осуществляется путем
технико-экономического расчета для каждого конкретного процесса. Для
ректификационных колонн, работающих в пленочном режиме при атмосферном
давление, рабочую скорость можно принять на 20% ниже скорости захлёбывания:
(26)
где - скорость захлебывания
пара, м/с; – удельная поверхность
насадки, м2/м3; Vсв –
свободный объём насадки, м3/м3; μж –
динамический коэффициент вязкости жидкости, мПа∙с; и - массовые расходы жидкой
и паровой фаз, кг/с; и - плотность пара и
жидкости соответственно, кг/м3.
Выбираем в качестве
насадки - стальные кольца Рашига:
Кольца Рашига 25 мм:
в:
н:
Тогда рабочая скорость в
верхней и нижней части колонны равна:
По рабочей скорости
определяем диаметр колонны:
,
где объемный расход пара при
рабочих условиях в колонне, м3/с.
;
;
Выбираем стандартный
аппарат с диаметром 2.2 м, с кольцами Рашига диаметром 25мм и уточняем рабочую
скорость по формуле:
Плотность орошения для
верхней и нижней части колонны определяют по формуле:
,
где U – плотность орошения, м3/(м2.с);
- объемный расход жидкости, м3/с;
S – площадь поперечного сечения
колонны, м2.
,
где D – диаметр колонны, м.
так как плотность
орошения меньше допустимых значений, то необходимо выбрать кольца Рашига с
меньшим диаметром.
Кольца Рашига 50 мм:
в:
н:
Тогда рабочая скорость в
верхней и нижней части колонны равна:
По рабочей скорости
определяем диаметр колонны:
,
где объемный расход пара при
рабочих условиях в колонне, м3/с.
;
;
Выбираем стандартный
аппарат с диаметром 2 м, с кольцами Рашига диаметром 50мм и уточняем рабочую скорость
по формуле:
Плотность орошения для
верхней и нижней части колонны определяют по формуле:
,
где U – плотность орошения, м3/(м2.с);
- объемный расход жидкости, м3/с;
S – площадь поперечного сечения
колонны, м2.
,
где D – диаметр колонны, м.
Так как плотность
орошения удовлетворяет допустимым значениям, то в дальнейших расчетах
используем кольца Рашига диаметром 50 мм.
Активную поверхность
насадки находят по формуле:
,
где U – плотность орошения, м3/(м2.с);
- удельная поверхность насадки, м2
/м3;
p, q – постоянные, зависящие от типа и размера насадки.
Для выбранных колец
Рашига с диаметром 50 мм:
p=0.024, q=0.012.
Определим активную
поверхность насадки в нижней и верхней части колонны:
Одной из важных
характеристик аппарата является гидравлическое сопротивление насадки, который
зависит от режима движения пара (газа). Для расчета необходимо определить число
Рейнольдса:
,
где - вязкость пара.
Определяем значения числа
Рейнольдса для нижней и верхней части колонны:
Определяем коэффициент
сопротивления для верхней и нижней части колонны:
Так как число Reп>40, то
Определяем гидравлическое
сопротивление для верхней и нижней части колонны:
,
где H=1 м – высота слоя.
Па/м
Па/м
,
где b- коэффициент, для колец Рашига 50
мм: b= 47.10-3.
=375.61 Па/м
=1093.32Па/м
2.3 Расчет высоты колонны
Страницы: 1, 2, 3, 4
|