Курсовая работа: Расчет тарельчатой ректификационной колонны для разделения бинарной углеводородной смеси бензол-толуол

б) в нижней части колонны:

                                                      (2.59)

Средняя скорость пара рассчитывается по формуле:

                                                            (2.60)

2.7. Гидравлическое сопротивление тарельчатых колонн

При конструировании тарельчатых колонн следует учитывать гидравлическое сопротивление, в результате которого возникает значительная разность давлений у основания и вершины колонны. Перепад давлений будет тем больше, чем больше число тарелок в колонне и чем выше уровень жидкости на каждой тарелке. Основные сопротивления прохождения паров возникают на входе и на выходе из паровых патрубков и через прорези колпачков (местные сопротивления). Следует также учитывать потери на преодоление гидростатического давления столба жидкости на каждой тарелке. Обычно сопротивление колпачковой тарелки составляет 25–50 мм водного столба в условиях работы при атмосферном давлении и несколько ниже при работе под вакуумом.

Гидравлическое сопротивление тарелок:

                                                   (2.61)

Гидравлическое сопротивление сухой тарелки в верхней и нижней частях колонны: а) в верхней части колонны:

                                                        (2.62)

б) в нижней части колонны:

, где                                      (2.63)

ζ – коэффициент сопротивления, числовое значение которого можно принимать равным от 1.1 до 2.0;

ω0 – скорость пара в отверстиях тарелки в .

Сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения:

 , где                                                                           (2.64)

σ – поверхностное натяжение в ;

d0 – диаметр отверстий тарелки в .

Объемный расход жидкости в верхней и нижней частях колонны:

а) в верхней части колонны:

                                                       (2.65)

б) в нижней части колонны:

                                     (2.66)

Высота слоя над сливной перегородкой в верхней и нижней частях колонны:

а) в верхней части колонны:

                                                (2.67)

б) в нижней части колонны:

         , где                                                           (2.68)

Lc – периметр слива;

κ=ρпж/ρЖ – отношение парожидкостного слоя к плотности жидкости, принимается равным 0.5

Высота парожидкостного слоя на тарелке в верхней и нижней частях колонны:

а) в верхней части колонны:

                                                      (2.69)

б) в нижней части колонны:

, где                                             (2.70)

hпер – высота переливного порога

Сопротивление парожидкостного слоя на тарелке в верхней и нижней частях колонны:

а) в верхней части колонны:

                          (2.71)

б) в нижней части колонны:

                         (2.72)

2.8. Расчет числа действительных тарелок графоаналитическим методом (построением кинетических линий)

Эффективность тарелки по Мэрфи:

                                (2.73)

                                     (2.74)

                                (2.75)

, где                                                        (2.76)

Ey – локальная эффективность по пару;

e – межтарельчатый унос жидкости;

θ – доля байпасирующей жидкости;

S – число ячеек полного перемешивания;

m – коэффициент распределения компонента по фазам в условиях равновесия;

λ=m(R+1)R – фактор массопередачи для укрепляющей части;

λ=m(R+1)/(R+f) – фактор массопередачи для исчерпывающей части.

Локальная эффективность по пару:

, где                                                       (2.77)

 – число единиц переноса по паровой фазе на тарелке        (2.78)

 – скорость пара в рабочем сечении тарелки            (2.79)

 – рабочее сечение тарелки

 – коэффициент массопередачи    (2.80)

βxf, βyf – коэффициенты массоотдачи, отнесенные к единице рабочей площади тарелки для жидкой и паровой фаз

       (2.81)

  (2.82)

Критерий Фруда:

а) в верхней части колонны:

                                                           (2.83)

б) в нижней части колонны:

                                                           (2.84)

Паросодержание барботажного слоя:

а) в верхней части колонны:

                                                          (2.85)

б) в нижней части колонны:

                                                         (2.86)

Высота светлого слоя жидкости:

(2.87)

Удельный расход жидкости на 1м ширины переливной перегородки для верхней и нижней частей колонны:

а) в верхней части колонны:

                                 (2.88)

б) в нижней части колонны:

, где                                            (2.89)

b – ширина переливного порога

Коэффициент диффузии в жидкости при средней температуре в верхней и нижней частях колонны:

а) в верхней части колонны:

                          (2.90)

б) в нижней части колонны:

                        (2.91)

Коэффициент диффузии в жидкости при температуре t=200C в верхней и нижней частях колонны:

а) в верхней части колонны:

                     (2.92)

б) в нижней части колонны:

                     (2.93)

υБ, υТ – мольные объемы бензола и толуола, A=B=1 – коэффициенты.

Вязкость жидкости при t=200С в верхней и нижней частей колонны:

а) в верхней части колонны:

                             (2.94)

б) в нижней части колонны:

                             (2.95)

Температурный коэффициент b для верхней и нижней частей колонны:

а) в верхней части колонны:

                                                        (2.96)

б) в нижней части колонны:

                                                       (2.97)

Коэффициент диффузии в паровой фазе при средней температуре в верхней и нижней частях колонны:

а) в верхней части колонны:

                         (2.98)

б) в нижней части колонны:

, где                 (2.99)

Р – давление в колонне

Плотность орошения для верхней и нижней частей колонны:

а) в верхней части колонны:

                                                            (2.100)

б) в нижней части колонны:

, где                                                    (2.101)

S – число ячеек полного перемешивания. При Dст=1.8 м и b=0.289 м принимаем, что 1 ячейка перемешивания соответствует длине пути жидкости l0=300–400 мм. Пусть l0=350 мм, тогда длина пути жидкости:

  (2.102)

Разделяемая смесь: бензол–толуол (ХF=0.40). Нагрузка колонны по сырью – 10 т/час. Содержание низкокипящего компонента в дистилляте (ХD=0.97), в кубовом остатке (ХW=0.029). Контактный элемент – тарелка.

3.1. Материальный баланс колонны и рабочее флегмовое число

Согласно уравнениям материального баланса (2.14, 2.15, 2.16) выразим и рассчитаем расход дистиллята и кубового остатка:

;         

Определим концентрации питания, дистиллята и кубового остатка в мольных долях в соответствии с формулами (2.17, 2.18, 2.19):

Питание:

Дистиллят:

Кубовый остаток:

Вычислим равновесные составы фаз для бензольно-толуольной смеси при атмосферном давлении, считая, что смесь характеризуется законом Рауля. Расчет представлен в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Парожидкостное равновесие системы бензол–толуол

Полученные данные наносим в виде кривых в координатах t–x,y и y*–x (см. рис. 3.20, 3.21).

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7