Розрахунок ректифікаційної колони - Производство и технологии курсовая работа

Главная

Производство и технологии
Розрахунок ректифікаційної колони

Експлуатація промислових насадкових колон. Фізико–хімічні основи процесу ректифікації. Розрахунок основного обладнання. Матеріальний баланс ректифікаційної колони. Розрахунок та вибір кожухотрубного теплообмінника–холодильника кубового залишку.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Ректифікація заключається в протиточній взаємодії парів, що утворюються про перегонці, з рідиною, яка отримується при конденсації парів. Відбувається в протиточних апаратах-колонах: пара рідини що переганяється протікає знизу вверх, а на зустріч їй зверху вниз протікає рідина, що подається у верхню частину колони. Між рідкою і паровою фазами відбувається масообмін, внаслідок якого пара, по мірі її проходженням по колоні збагачуються легко летучим компонентом, а рідина іншим компонентом. В результаті цього пар, що виходить із верхньої частини колони, являє собою більш чи менш чистий легко летучий компонент, конденсація якого дає готовий продукт - дистилят, а із нижньої частини колони витікає порівняно чистий менш леткий компонент - кубовий залишок, який також, як і дистилят, може бути кінцевим продуктом перегонки [3].
Рідина, що поступає на зрошення колони, називається флегмою; її отримують шляхом конденсації парів, що піднімаються із верхньої частини колони у спеціальний конденсатор - дефлегматор. Для утворення парів в нижній елемент колони встановлюють гріючий пристрій у виді змійовика чи трубчаток, в які і підводять необхідну кількість тепла, у більшості випадків з гріючим водяним паром.
Степінь розділення рідкої суміші на складові її компоненти і чистота отриманих кубового залишку і дистиляту залежить від того, наскільки розвинена поверхня фазового контакту, а кубовий залишок визначається кількістю флегми, якою зрошується колона і конструктивним оформленням апарату.
Ректифікацію проводять як під атмосферним тиском, так і при тиску вище і нижче атмосферного. Тиск вище атмосферного застосовують в тих випадках, коли суміш що розділяється при атмосферному тиску знаходиться в газоподібному стані; ректифікацію при понижених тисках (під вакуумом) проводять для розділення високо киплячих сумішей. Атмосферний тиск застосовують при розділенні сумішей, що мають температуру кипіння від 30 0 до 150 0 С.
колона ректифікація теплообмінник холодильник
В промисловості використовують тарілчасті, насадочні, плівкові трубчасті і центробіжні плівкові апарати. Вони відрізняються в основному конструкцією внутрішньої будови апарату, призначення якого - забезпечення взаємодії рідини і пари.
В процесах перегонки перевагу віддають тарілчастим колонам, що пояснюється їх вищою продуктивністю у порівнянні з насадочними.
При виборі ректифікаційної колони для проектовоного розділення треба мати на увазі, що тарілчасті колони дуже малого діаметру значно дороще відповідних насадочних колон , але із збільшенням діаметру ціна насадочних колон дуже різко зроста.
Досвід промислових експлуатацій насадкових колон показав, що краще їх використовувати при діаметрі не більше 0,8 м. При подальшому збільшенні діаметра насадочних колон погіршується рівномірне розпреділення флегми по насадці, утворюються канали, по яким флегма збільшує свій рух, а ефективність колони різко зменшується [7].
Найбільш розповсюджені ковпачкові тарілчасті колони, але в останній час все більш застосовують сітчасті, клапанні і інші більш ефективні види барботажних установок, головним призначенням яких є максимальний розвиток між фазного контакту, що сприяє ідентифікації масообміну між парами і флегмою. Крім цього вибір типу контактного апарату визначається і таким фактором, як економія матеріалів, ціна, легкість у виробництві і ремонті, стійкості до корозії.
Основними типами апаратів для проведення процесів ректифікації являються тарілчасті і насадочні колони, які по будові принципово не відрізняються від насадочних і тарілчастих абсорберів. Крім того. В ряді випадків в основному для ректифікації під вакуумом використовують плівкові колони. Всі ці апарати, на відміну від абсорберів, покривають теплоізоляцією.
Основною відмінною особливістю ректифікаційних колон є те, що для проведення процесу ректифікації вони повинні мати відповідну теплообмінну апаратуру (кип'ятильник, підігрівач, конденсатор-дефлегматор, холодильники дистиляту і кубового залишку).
а - з повною конденсацією і подачою флегми, яка стікає сама; б- з повною конденсацією і подачою флегми насосом; в - з частковою конденсацією парів
Рисунок 1.1 - Варіанти розміщення дефлегматорів
Зазвичай дефлегматор (рисунок 1.1) встановлюють вище верхівки колони, для того, щоб флегма стікала вниз сама.
Насадочні колони, в яких гідравлічний опір значно менший , чим в тарілчастих колонах, знаходять застосування головним чином при ректифікації під вакуумом рідин з високими температурами кипіння і в тих випадках , коли для перегонки даної суміші в тарілчастій колоні необхідна була б більша кількість тарілок.
Якщо висота колони велика, то для зручності її обслуговування і зменшення висоти будівлі дефлегматор встановлюють нижче верхівки колони (рисунок 1.1 б). В цьому випадку для подачі флегми на зрошення колони необхідно встановлювати додаткового насоса. Іноді дефлегматор встановлюють на верхівці колони (рисунок. 1.1 в). При цьому із колони виходять пари в кількості, що рівна кількості дистиляту [6].
Рисунок 1.2 - Розміщення вбудованого (а) і виносного (б) кип'ятильника
Для забезпечення утворення потоку пари, що піднімається вверх, використовують різні по будові кип'ятильники, що встановлюються в середині колони (рисунок 1.2 а), або їх виносять на зовнішню сторону колони ( рисунок 1.1 б). Останній варіант на практиці використовується частіше, так як в цьому випадку легше відбувається ремонт і заміна кип'ятильника. Такі кип'ятильники зазвичай встановлюються нижче колони для покращення циркуляції кубової рідини.
Типи і конструкція апаратів, які використовуються для перегонки рідин, залежать від фізичних і хімічних властивостей речовин які необхідно розділити, їх температур кипіння, тиску, при якому відбувається розділення, і способу обігріву.
В кожній промисловості є свої характерні для даного виробництва перегонні апарати.
Пергонний куб являє собою вертикальну чи горизонтальну циліндричну ємкість, яку встановлюють піл колоною. Виносний куб з'єднаний з колоною сифонною трубою, по якій поступає рідина, і трубопроводом для видалення пару. Перегонний куб оснащують нагрівними приладами у виді трубчатки, сорочки або змійовика. Так як куб грає роль випарного апарату, в ньому намагаються створити досить інтенсивну циркуляцію рідини, для чого застосовують виносну трубчасту чи центральну циркуляційну трубу.
Куб нагрівають головним чином глухим паром, але іноді застосовують і димові гази. В останньому випадку куб розміщують в печі цегляної кладки.
Розміри перегонних кубів залежать від продуктивності установки і організації процесу (періодична чи безперервна ректифікація).
В періодично діючих установках в куб загружають відразу всю суміш, яку необхідно розділити під час одної операції. При цьому куб працює з безперервним зниженням рівня рідини. Лише в деяких випадках в куб періодично працюючої установки безперервно додають початкову суміш, для підтримання певного рівня рідини.
Корисний об'єм куба залежить від вспінення рідини, що переганяється. При перегонці рідини, яка не піниться, куб може бути загружений до 75% його об'єму; але для кращого відділення пари від рідини намагаються збільшити паровий простір і степінь заповнення кубового об'єму приймають 60%. Ємкість перегонних кубів коливається в межах 1000-25000 л. В безперервно працюючих установках кубом служить нижня частина колони ( кип'ятильник), розміри якої повинні буди достатні для розміщення нагрівних приладів.
Якщо при перегонці необхідно відібрати кілька фракцій з різними температурами кипіння, то встановлюють кілька збірників дистиляту ( по кількості фракцій) і по мірі протікання перегонки збирають фракції в окремий збірник [10].
Ректифікацію в періодично діючій колоні ведуть до того часу, доки не отримають в кубовому залишку рідину заданого складу, після чого обігрів куба припиняють, залишок зливають у збірник, а в куб загружають нову порцію початкової суміші, яку знову переганяють до отримання дистиляту заданого складу.
Періодичну ректифікацію проводять, як правило для розділення рідких сумішей у тих випадках, коли використання безперервної установки не цілеспрямовано. Зазвичай це характерно для технологічних процесів, в яких кількість речовин, які необхідно розділити, невелика, і необхідний певний час для накопичення цих продуктів перед розділенням, або при умовах, коли часто змінюється склад початкової суміші. Останній випадок специфічний для гнучких технологічних процесів. Один із варіантів такої установки показаний на рисунку 1.3.
Періодична ректифікація може відбуватися двома способами:
1) при постійному складі дистиляту;
2) при постійному флегмовому числі.
1-куб-кипятильник; 2-підігрівач; 3-ректифікаційна колона; 4-дефлегматор; 5-розподілювач потоку; 6-холодильник; 7-збірник
Рисунок 1.3 - Схема установки для проведення періодичної ректифікації
Для безперервного протікання процесу ректифікації необхідно, щоб суміш, що подається на розділення доторкалась до зустрічного потоку пари з більшою концентрацією важко летучого (високо киплячого) компоненту, чим в суміші [10].
Так як початкова суміш поступає на ректифікацію безперервно, то при встановленому стані склад рідини і пари, на кожній частині колони залишається незмінним. В деяких випадках в дефлегматорі відбувається конденсація всїх парів, що піднімаються із колони. Отриманий конденсат ділиться на дві частини: одна частина поступає у виді флегми назад в колону, інша ж направляється в холодильник, де охолоджується до заданої температури дистиляту.
Для зменшення витрат пари іноді використовують теплоту конденсації у дефлегматорі теплоту підходящої рідини із колони для нагрівання початкової суміші, що поступає в колону, до температури її кипіння. Але так як дуже складно регулювати цей процес, краще використовувати теплоту конденсації для інших цілей, а не на роботу колони.
При безперервній ректифікації сумішей, що складаються із більш ніж двох речовин, схема установки дещо ускладнюється, так як необхідною стає колона з дефлегматором для кожного компоненту, що добувається. І ця колона також повинна складатися з двох частин - вичерпувальної і зміцнюючої.
При безперервній ректифікації сумішей, що складаються з трьох компонентів, кожен з яких потрібно виділити в більш чи менш чистому виді, можливі два види установок. В обох випадках спочатку в одній колоні відділяють один компонент від інших двох, а потім в іншій колоні розділяють ці компоненти один від одного [7].
Рисунок 2.2 - Крива рівноваги, закони М. С. Вревського
Графік, зображений на рисунку 2.2, побудований для ізобаричних умов. При зміні тиску в системі змінюється й положення кривої рівноваги.
Закони, що управляють зміною рівноваги при зміні тиску в системі, установлені учнем Д. П. Коновалова М. С. Вревським. М. С. Вревський сформулював два закони.
1. При підвищенні температури кипіння (тиску) розчину двох рідин у парах зростає відносний зміст цього компонента, випар якого вимагає більшої витрати енергії.
2. При підвищенні температури (тиску) кипіння розчинів, пружність пари яких має максимум, у нероздільнокиплячої суміші зростає відносний вміст того компонента, випар якого вимагає більшої витрати енергії.
При підвищенні температури кипіння розчинів, пружність пари яких має мінімум, у нероздільнокиплячої суміші наростає відносний вміст того компонента, випар якого вимагає меншої витрати енергії.
Закони М. С. Вревського вказують на те, що зі зменшенням тиску при низьких концентраціях спирту в рідині (до 21% мол.) збільшується зміст води в парах, а при більше високих концентраціях спирту в рідині збільшується зміст спирту в парах.
Що стосується азеотропної крапки, то зменшення тиску в системі веде до збільшення вмісту спирту в нераздільнокиплячої суміші. При деякому мінімумі тиску азеотропна крапка для цієї суміші зникає й перегонка може дати абсолютний (безводний) спирт.
Суміш етанол - вода подається в ємність 1 з температурою 24 ? С звідки насосами 2, 3 подається у підігрівач 4, де суміш підігрівається парою до температури кипіння 100 ?С. Гріюча суміш надходить у ректифікаційну колону 5, де вона розділяється на дистилят та кубовий залишок. Дистилятом є етанол, як низько кипляча рідина. Етанол у вигляді пари надходить у дефлегматор, де охолоджується водою і конденсується у вигляді рідини. Бензол надходить у розподільник 7, з якого частина етанолу (флегма) повертається у ректифікаційну колону 5, а інша частина охолоджується у холодильнику 8 і надходить у ємність 9, а далі насосом 16 - до споживача.
Внизу ректифікаційної колони 5 утворюється кубовий залишок, який містить невелику частку етанолу 4%(мас). Кубовий залишок представляє собою паро - рідинну суміш, частина якої виходячи із ректифікаційної колони підігрівається у кип'ятильнику 10 і подається знову в нижню частину колони. Друга частина кубового залишку 11, звідки після охолодження надходить у ємність 12. Із ємності 12 кубовий залишок насосом 15 подається до споживача.
Для нагрівання вихідної та паро - рідинної суміші у підігрівач 4 використовується пара, в іншій теплообмінній апаратурі (дефлегматорі 6, холодильнику 11) використовується вода.
З підігрівача 4 і 3 кип'ятильника 10 сконденсована пара через конденсатовідводами (КО 1 та КО 2 ) находить у трубопровід конденсату (28).
Основним апаратом в курсовому проекті є тарілчаста ректифікаційна колона з клапанними одно поточними тарілками типу ТКП.
В сталевій колоні матеріали деталей, які мають контакт з обробляємими рідинами, вироблені із сталі Х18Н10Т.
На апараті встановлено люк Ж, дренаж Р, лаз П тощо.
Діаметр колони 1000 мм, висота 10200 мм.
Ректифікаційна колона має 28 тарілок: у верхній укріплюючій частині колони тарілок 22, а у нижній вичерпній частині - 8 тарілок.
Конструктивними особливостями клапанних тарілок є перемінні перерізи для газу і пари, які змінюються із зміною завантаження колони за газом (парою). Конструктивні особливості клапанних тарілок дозволяється зберігати висоту, інтенсивність масопередачі майже у всьому допустимому інтервалі зміни завантажень колони.
Площа вільного перерізу клапанних тарілок складає 8 - 15% загальної площі перерізу колони.
Клапани представляють собою кришки, які прикривають отвори на тарілці під дією власної маси і тиском шару рідини. При збільшення навантаження колони за газом чи парою клапан піднімається і вільний переріз для проходу газу збільшується.
5.1 Матеріальний баланс ректифікаційної колони
Продуктивність колони за дистилятом D та кубовомим залишком W визначаються з рівння матеріального балансу колони:
Із системи рівнянь знаходиться продуктивність колони за кубовомим залишком за формулою:
де F - витрати початкової суміш, кг/с;
-вміст низько киплячого компоненту в дистиляті, %(мас);
- вміст низькокиплячого компоненту, %(мас);
- вміст низькокимплячого компонента в кубовому залишку, %(мас).
Кількість дистиляту D визначається за формулою:
Концентрація заданої початкової суміші, дистиляту і кубового залишку в мольних частках визначаються за формулою:
де М е і М в - відповідно молекулярні маси етанолу і води, кг/кмоль.
Кількість етанолу в початковій суміші визначається за формулою:
Початкова суміш складає 100%, вміст етанолу становить 35%, тому процентний вміст води в початковій суміші становить 65%.
Кількість води в початковій суміші визначається за формулою:
де - масова концентрація води в початковій суміші.
Кількість етанолу в дистиляті визначається за формулою:
Кількість води в дистиляті визначається за формулою:
Кількість етанолу в кубовому залишку визначається за формулою:
Кількість води в кубовому залишку визначається за формулою:
Отримані дані зведені в таблиці 5.1.
Таблиця 5.1 - Матеріальний баланс ректифікаційної колони безперервної дії
Рівняння робочих ліній визначається за формулою:
Робоче флегмове число визначається за формулою:
де R мін - мінімальне флегмове число;
Для суміші етанол - вода надлишок флегми приймаю в інтервалі: 1,1 - 10 а саме: 1,05; 1,35; 1,75; 2,35 [6, с. 26].
Мінімальне флегмове число визначається за формулою:
де , - мольні частки легко летучого компонента відповідно у вихідній суміші і дистиляті, кмоль/кмоль суміші;
- концентрація етанолу у парі, який знаходиться в рівновазі з вихідною сумішшю, кмоль/кмоль суміші.
Концентрація етанолу у парі знаходиться із діаграми, побудованої із рівноважного складу рідини і пари бінарної системи етиловий спирт - вода, які наведені в таблиці 4.2 [6, додаток Х, ст.. 818]
Таблиця 5.2 - Рівноважний склад рідини (х) і пари (у) бінарної системи етанол - вода і температури кипіння (t, ? С) під тиском 760 мм.рт.ст.
З рисунку 5.1 знаходиться , який становить = 0,52, отже за формулою (5.12):
Робочі флегмові числа для в за формулою (5.11) складають:
Тоді рівняння робочих ліній відповідно R визначається за формулою (5.10) і становлять:
Робочі лінії відсікають на вісі у значення у 0 і почитаються з точки В. З точки А проводяться лінії до перетину робочих ліній з прямою DE. Між робочими і рівноважною лінією проводять відрізки, паралельні вісям координат (рисунок 4.1). Кількість трикутників, які утворились внаслідок такої побудови в межах зміни концентрації - , відповідають числу теоретичних тарілок у верхній (укріплюючій) частині колони, а кількість трикутників, які утворились в межах змін концентрації - - кількість теоретичних тарілок в нижній (вичерпній) частині колони.
Отримані дані зводяться в таблицю 5.3
Таблиця 5.3 - Дані для визначення оптимального флегмового числа
Один з можливих наближених методів розрахунку R полягає в знаходженні такого флегмового числа, якому відповідає мінімальний добуток , пропорційний об'єму ректифікаційної колони, (N - кількість ступенів зміни концентрації або теоретичних тарілок, яка визначає висоту колони, а R + 1 - витрати парів і, отже переріз колони).
Згідно даних таблиці 4.3 будую графік залежності R = f [R +1 • N т ], звідки визначаю оптимальне флегмове число R опт за найменшим добутком N т • (R +1)
Оптимальне флегмове число складає R опт = 1,3.
Середні масові витрати (навантаження) по рідині для верхньої частини колони знаходять з відношень:
М в - середня молярна маса рідини у верхній частині колони, кг/кмоль;
М н - середня молярна маса рідини у нижній частині колони, кг/кмоль.
Молярна маса дистиляту визначається за формулою:
Середні молярні маси рідини у верхній і нижній частині колони знаходяться за формулами:
де х ср.в. - середній мольний склад рідини у верхній частині колони, кмоль/кмоль сумуші;
х ср.н. - середній мольний склад рідини у нижній частині колони, кмоль/кмоль суміші.
Середні молярні концентрації у верхній частині колони знаходяться за формулами:
Середня мольна маса рідини у нижній частині колони визначається за формулою :
Тоді середні масові витрати рідини складають:
Середні масові витрати пари у верхній G В та нижній G н частина колони визначаються за формулами:
де М в ' - середня молярна маса пари у верхній частині колони, кг/кмоль;
М н ' - середня молярна маса пари у нижній частині колони, кг/кмоль.
Середні морялні пари знаходяться за формулами:
М в ' = М е • у ср.в. + М в. • (1 - у ср.в ); (5.22)
М н ' = М е • у ср.н. + М в. • (1 - у ср.н ), (5.23)
де у сер .в. - середній мольний склад пари у верхній частині колони, кг/кмоль;
у сер.н. - середній мольний склад пари у нижній частині колони, кг/кмоль.
Середній мольний склад пари знаходиться за формулою:
Значення y D , y f , y w знаходжу із графіку на рисунку 4.3. Вони становлять y D = 0,93, y f = 0,52, y w = 0,175.
Отримані дані підставляю у формули (4.22) та (4.23) та отримую:
М в ' = 46 • 0,725 + 18 • (1 - 0,725) = 38,3 кг/моль;
М н ' = 46 • 0,35 + 18 • (1 - 0,35) = 27,8 кг/моль.
Тоді середні масові потоки пари у колоні становлять:
Існує багато тарілчастих колон в залежності від виду тарілки. Вибір тарілок залежить від багатьох факторів.
При виборі тарілок користуються таблицею 5.2 [1, с. 203].
Я вибираю ректифікаційну колону з клапанними тарілками, оскільки ці тарілки мають невеликі капітальні витрати, легкість запуску та зупинки.
Для коапанних тарілок швидкість газу в колоні визначається за формулою (7):
де с р - густина рідкої фази за даних умов, кг/м 3 ;
с п - густина пари за даних умов, кг/м 3 .
Температура у верхній частині колони визначається з рисунку 4.2.
- у верхній частині колони t у.в = 79,2 ? С;
- у нижній частині колони t у.н = 95,9 ? С.
- у верхній частині колони t у.в = 78,9 ? С;
- у нижній частині колони t у.н = 81,2 ? С.
Густина газової фази с у.в. та с у.н. визначається за формулою:
Густина граючої фази визначається за формулою:
с х = с е • х сер.в. + с в .• (1 - х сер.в. ). (5.28)
Густина компонентів суміші складає:
с в 100 = 958 кг/м 3 [5, табл IV, ст. 512].
Густину компонентів при температурах 78,9 ? С та 81,2 ? С визначають інтерполяцією:
Отже густина суміші у верхній та нижній частині колони складає:
с х.в. = 763,05 • 0,55 + 972,61 • (1 - 0,55) = 857,35 кг/м 3 ;
с х.н. = 733,86 • 0,095 + 971,16 • (1 - 0,095) = 948,62 кг/м 3 .
Тоді швидкість газу в колоні дорівнює:
Орієнтовний діаметр колони визначається за формулою:
Тоді для верхньої та нижньої частини колони діаметр складає відповідно:
За отриманими даними приймаю діаметр колони із стандартного ряду 1000 мм [1, с.222]. При цьому робоча швидкість пари за формулою (5.29) буде дорівнювати:
Для колони з діаметром 1000 мм вибираю клапанну тарілку ТКП одно поточну з наступними технічними характеристиками:
Швидкість пари у робочому перерізі тарілки визначаю за формулою:
Висота освітленого шару рідини h 0 для клапанних тарілок знаходяться за формулою:
де q - лінійна густина зрошування, м 3 /(м•с);
h пер - висота переливу перегоробки, м;
у х - поверхневий натяг суміші, мН/м;
у в - поверхневий натяг води при середній температурі в колоні, мН/м;
m - показник ступеню, що дорівнює 0,05 - 4,6 • h пер .
Лінійна густина зрошування знаходиться за формулою:
Висоту переливного порогу приймаю h пер = 0,052 м [1, с 139]
Значення поверхневого натягу знаходяться за формулою:
у = у е.Хсер.в. + у в • (1 - х сер.в. ). (5.33)
Поверхневий натяг компонентів суміші [5, ст.. 526] складає:
Середня температура в колоні складає:
Поверхневий натяг води при середній температурі в колоні скаладає:
Поверхневий натяг компонентів при температурах 78,9 ?С та 81,2 ?С визначають інтерполяцією:
у в = 18,06 • 10 -3 • 0,55 + 62,79 • 10 -3 (1 - 0,55) = 38,19 • 10 -3 н/м;
у н = 17,19 • 10 -3 • 0,095 + 62,38 • 10 -3 (1 - 0,095) = 58,09 • 10 -3 н/м.
В'язкість суміші компонентів знаходиться за формулою:
lgµ x = x сер • lgµ е + (1 - x сер ) • lgµ в . (5.34)
В'язкість компонентів суміші [5, табл. ХІ, с. 516] становить:
Динамічний коефіцієнт в'язкості компонентів при температурах 78,9 ?С та 81,2 ?С визначають інтерполяцією:
lgµ x .в. = 0,55 • lg0,444 + (1 - 0,55) • lg0,363 = - 0,392
µ x .в. = 10 -0,395 = 0,406 мПа • с;
lgµ x .в. = 0,095 • lg0,363 + (1 - 0,095) • lg0,353 = - 0,451
µ x .в. = 10 -0,519 = 0,354 мПа • с.
Тоді за формулою (5.31) висота світлого шару рідини на тарілці відповідно для верхньої а нижньої частини колони дорівнює
h 0 в = 0,787 • 0,001 0,2 • 0,052 0,56 • 2,45 -0,189 • [1 - 0,31exp - 0,11 • 0,406 ] • • (38,19 • 10 -3 /62,51 • 10 -3 ) 0,09 = 0,0215 м;
h 0 н = 0,787 • 0,001 0,2 • 0,052 0,56 • 3,21 -0,189 • [1 - 0,31exp - 0,11 • 0,354 ] • • (58,09 • 10 -3 /62,51 • 10 -3 ) 0,09 = 0,0198 м.
Паривміст барботажного шару визначається за формулою:
Критерій Фрунда визначаться за формулою:
Критерій Фрудда відповідає для верхньої та нижньої частини колони становить:
Тоді паровміст барботажного шару становить:
Коефіцієнт дифузії для рідини при заданій температурі можна розрахувати за методом Уілка [3, ст. 274] за формулою:
µ - в'язкість розчинника при заданій температурі, Па•с;
Приймаю фактор дифузії F = 1,99 • 10 14 [5, рис ХІІІ, с.275].
Коефіцієнт дифузії рідкої фази відповідно для верхньої та нижньої частини колони дорівнюють:
Коефіцієнт дифузії для газової фази розраховується за формулою:
де Т - температура за даних умов, К;
х е , х в - мольні об'єми компонентів суміші, см 3 /моль.
Мольні об'єми парів визначаються за формулою:
х = 11 (С) + 7,8 (О') + 12,2 (О'') + 5,5 (Н), см 3 /моль, (4.39)
де С - кількість атомів карбону у молекулі газу;
О' - кількість атомів оксигену у молекулі газу зв'язаного азотом карбону одиничним зв'язком;
О'' - кількість атомів оксисену у молекулі зв'язаного з азотом карбону подвійним зв'язком;
Н - кількість атомів гідрогену в молекулі газу.
Мольні об'єми відповідно етанолу та води становить:
х е = 11 • 2 + 5,5 • 6 + 7,8 • 1 = 62,8 см 3 /моль;
х в = 5,5 • 2 + 7,8 • 1 = 18,8 см 3 /моль.
Коефіцієнт дифузії відповідно для нижньої та верхньої частини колони дорівнюють:
Коефіцієнт масовіддачі для рідкої фази визначається за формулою:
де µ у - в'язкість парової суміші, Па•с;
U - густина зрошування, м 3 /(м 2 • с).
Густина зрошування визначається за формулою:
де S - площа перерізу тарілок, м 2 .
Густина зрошування відповідно для нижньої та верхньої частини колони дорівнює:
В'язкість парової суміші знаходиться за формулою (4.34).
В'язкість компонентів суміші знаходиться за формулою на рисунку 1-21 (номограмі) [8, с. 107 ] і складає:
В'язкість газової суміші визначається за формулою:
де у 1 , у 2 - мольна концентарація компонентів суміші, кмоль/кмоль суміші.
В'язкість газової суміші відповідно у верхній та нижній частині колони складають:
Тоді коефіцієнт масовіддачі для рідкої фази становить:
Коефіцієнт масовіддачі для газової фази визначається за формулою:
де F c - вільний переріз колони, для клапанної колони дорівнює 10% загального перерізу колони, м 2 .
Коефіцієнт масовіддачі для газової фази дорівнюють:
Перераховую коефіцієнти масовіддачі на кмоль/(м 2 • с):
або в х . в. = 0,134 • 3600 = 483,29 ;
або в у . в. = 0,0297• 3600 = 106,886
або в х . н. = 0,426 • 3600 = 1534,55
або в у . н. = 0,0247 • 3600 = 88,76
Коефіцієнт масо передачі розраховується за формулою:
де m - коефіцієнт, який дорівнює тангенсу кута нахилу рівноважної лінії.
Коефіцієнт m знаходиться за формулою [4, 5 том, с. 678].
де у*, х* - рівноважні концентрації низько-киплячого компоненту в парі і рідині.
Значення х, у, у* та х* знаходяться на рисунку 4.4.
Значення К у , m розраховуються для визначення дійсної кількості тарілок, яка необхідна для визначення висоти колони. Рівноважна лінія на рисунку 4.4 будується за даними таблиці 4.2, що відповідає R опт , визначається за формулою:
На рисунку 4.4 необхідно побудувати кінетичну криву. Між кінетичною кривою та робочими лініями визначається кількість дійсних тарілок. Знаючи кількість дійсних тарілок, знаходиться висота колони.
Для побудови кінетичної кривої приймаю довільні значення х: 0,05; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9.
Для значень х визначаю m і К у за формулами (5.45) та (5.46).
Для побудови кінетичної кривої проводжу на діаграмі х - у (рисунок 5.8) ряд вертикальних прямих А 1 В 1 , А 2 В 2 , А 3 В 3 і т.д. Отримані між лініями робочих концентрації і кривою рівноваги відрізок ділю у співвідношенні:
де Е - відносний коефіцієнт видалення;
n y - кількість одиниць переносу на одній тарілці.
Кількість одиниць переносу визначається за формулою:
де S т - робоча площа тарілки, м 2 .
G вих.у. - вихідні витрати пари, кмоль/год.
Вихідні витрати пари розраховуються за формулою:
Для цього переводжу D з кг/год у кмоль/год, поділивши значення D у кг/год на молярну масу газової суміші, тоді
Робоча площа тарілки визначається за формулою:
S т = S кол - 2 • S злив , м 2 (5.51)
де S кол - площа перерізу колони, м 2 ;
S злив - площа перерізу, яка зайнята зливними пристроями, м 2 .
Площа перерізу знаходиться за формулою:
Приймаю, що відношення між довжиною зливного пристрою b і діаметром колони d к дорівнює 0,6, отримую величину центрального кута б = 73,8 ? С (рисунок 4.9)
Рисунок 4.9 - До визначення величини центрального кута
D = 1 м, b = 0,6 м; 0,3/0,5 = sinб/2;
б/2 = arcsin (0,3/0,5); б = arcsin 2.
Тоді переріз одного зливного пристрою складає:
Кількість одиниць переносу однієї тарілки становить:
Вимірюю лінійкою довжину лінії , які становлять:
Відміряв відрізки на лініях , ставлю точки С 1 , С 2 , С 3 тощо і з'єдную всі точки С між собою. Отримую кінетичну криву.
Дані для побудови кінетичної кривої зведені в таблицю 5.3.
Таблиця 5.3 - Дані для побудови кінетичної кривої
Між кінетичною і робочими лініями проводжу перпендикуляри, які утворюють трикутники, кількість яких відповідає кількості дійсних тарілок. Їх кількість складає 28: 22 тарілки у верхній укріплюючій частині колони, а 6 тарілок в нижній вичерпній частині колони.
Висота колони визначається за формулою:
H k = (N д -1) • h + z B + z H , м, (5.53)
z B - відстань від верхньою тарілкою та кришкою колони, м;
z H - відстань між тарілкою та днищем колони, м.
H k = (28 -1) • 0,3 + 0,6 + 1,5 = 10,2 м.
Гідравлічний опір тарілок колони знаходиться за формулою:
де ?Р в - опіт тарілок верхньої частини колони, Па;
? Р н - опір тарілок нижньої частини колони, Па.
Гідравлічний опір тарілок визначається за формулою:
?Р h - опір світлого шару рідини на тарілці, Па;
?P в - опір зумовлений силами поверхневого натягу, Па.
Опір сухої тарілки визначається за формулою:
де о - коефіцієнт опору сухих тарілок для клапанних тарілок дорівнює 3,6 [1, с. 210];
F c - відносний вільний переріз тарілки, м 2 .
F c = 0,78 • 0,0769 = 0,06 м 2 [1, с. 222].
Тоді відповідно до верхньої частини колони колони опір сухої тарілки складає:
?Р с.в. = 3,6 • 2,8 2 + = 212, 95 Па;
Опір світлового шару рідини на тарілці знаходиться за формулою:
?Р h .в. = 9,81 • 857,35 • 0,0214 = 180 Па.
?Р h .н. = 9,81 • 935,88 • 0,021 = 192,8 Па.
Гідравлічний опір тарілок, зумовлений силами поверхневого натягу знаходиться за формулою:
де d екв - еквівалентний діаметр отворів у тарілці, м.
Еквівалентний діаметр отвору знаходиться за формулою:
f ог. = 0,78/48 = 0,016 м 2 [1, с. 222].
Тоді гідравлічний опір тарілки становить:
?Р в = 212,95 + 180 + 1,9 = 394,85 Па;
?Р в = 156 + 192,8 + 2,78 = 351,58 Па.
Т
Розрахунок ректифікаційної колони курсовая работа. Производство и технологии.
Реферат: Над темой «Индивидуализация и дифференциация в обучении и воспитании»
Реферат: Федеральные, региональные и местные налоги
Адипиновая кислота
Реферат На Тему Какие Бывают Налоги
Пример Практической Части Дипломной Работы
Контрольная работа по теме Формы и принципы аудита
Дипломная Работа Интерьера
Курсовая работа: Методы управления организацией
Курсовая работа по теме Шляхи покращення стану ефективності використання активів ПАТ 'Полтавакондитер'
Курсовая работа по теме Глинистые породы
Международно Правовое Регулирование Международных Расчетов Диссертация
Реферат На Тему Диагностика И Лечение Феохромоцитомы
Контрольная Работа На Тему История Ислама В России
Криминалистическая Характеристика Убийств Курсовая
Реферат: Реформы Цинь Шихуана. Скачать бесплатно и без регистрации
Подростки Слишком Часто Пользуются Мобильными Телефонами Эссе
Реферат: Защита прав военнослужащего при незаконном увольнении с военной службы
Реферат по теме Пpоблема взаимотношения человека и машины
Дата Итогового Сочинения 2022 11 Класс
Смешны Или Печальны Сказки Салтыкова Щедрина Сочинение
Диагностика и ремонт СВ-передатчика - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника курсовая работа
Центральная Азия - Политология доклад
Запоминающие устройства ПК - Программирование, компьютеры и кибернетика реферат