II . Расчёт скорости пара и диаметра колонны

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К курсовой работе по дисциплине

“ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ”

Тема: РАСЧЁТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЫ НАСАДОЧНОГО ТИПА

Задание №8

Руководитель

Епифанова В. С.

 

Студент

Декабрьский В.В.

 

Нижний Новгород

Г.

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Задание

1. Материальный баланс

2. Определение скорости пара и диаметра колонны

3. Расчёт высоты насадки

4. Расчёт гидравлического сопротивления насадки

 

Задание:

Рассчитать и спроектировать колонну ректификации для разделения смеси этанол-вода, поступающей в количестве 10 тонн в час. Состав исходной смеси 40 % массовых этанола и 60 % массовых воды, кубовый остаток содержит 1 % массовых этанола, дистиллят- 94 %. Ректификация производится при атмосферном давлении. Нагрев производится водяным паром р = 3 атм. Тип колонны- насадочная.

 

I. Материальный баланс

 

Обозначим массовый расход дистиллята через G_P кг/ч, кубового остатка через G_W кг/ч.

Из уравнений материального баланса ректификационной колонны непрерывного действия

 

F = P + W_;   F x_F = P x_P + W x_W, находим

P + W = 10000 кг/ч

P ^х 0,94 + W _* 0,01 = 10000 ^х 0,4

W = 5806,44 кг/ч

P = 4193,56

 

Для дальнейших расчётов выразим концентрации питания, дистиллята и кубового остатка в мольных долях.

 

Питание:

Х_F = _ х _F / Мэ____ = 40/46,07 = 0,868 = 0,148  

х _{F +} 100 - х _F                40 + 90 0,868 +5

M_э M _в 46,07 18

 

Дистиллят:

x_P = x_P / М_э          = 94/46,07 = 2,04 = 0,86

х _{P +}100 – х _P    94 + 90  2,04+0,333

M_э  М _в  46,07 18

 

Кубовый остаток:

x_W = х _W /М_э = 1/46,07 = 0,022  = 0,004

х _W + 100 – х _W     1 + 99  0,022+5,5

М_э М_в  46,07 18

Относительный мольный расход питания:

F = x_P - x_W  = 0,86 – 0,004 = 0,856 =5,944

x_F - x_W 0,148 – 0,004  0,144

 

Откуда находим

W =

P = F – W = 5.944-4.921 = 1.023

 

Определяем минимальное число флегмы по уравнению:

R_мин = x_P - y * _F = 0,86 - 0,33 = 2,912

y*_F - x_F 0,33 - 0,148

 

где y*_F = 0,33 – мольную долю бензола в паре, равновесном с жидкостью питания, определяем по диаграмме y* - x. (рис.1)

 

Определяем число флегмы по уравнению:

R= 1,3 R_мин + 0,3 = 1,3 ^х 2,912 + 0,3 =4,086

 

Уравнение рабочих линий:

а) верхней (укрепляющей части колонны)

 

y =

y = 0.803x + 0.169

 

б) нижней (исчерпывающей) части колонны:

 

y =

y = 1,972x – 0,004

II. Расчёт скорости пара и диаметра колонны

 

Средние концентрации жидкости:

а) в верхней части колонны

x' _ср = (x_F + x_D) / 2 = (0,148 + 0,86) / 2 = 0,504

 

б) в нижней части колонны

x’’_ср = (x_F + x_W) / 2 = (0,148+0,004) / 2 = 0,076

 

Средние концентрации пара находим по уравнению рабочих линий:

а) в верхней части колонны

y’_ср = 0,803 x’_ср + 0,169 = 0,803 ^x 0,504 + 0,169 = 0,574

 

б) в нижней части колонны

y’’_ср = 1,972 x’’_ср - 0,004 = 1,972 ^х 0,076 – 0,004 = 0,146

 

Средние температуры пара определяем по диаграмме t – x,y

а) при y’_ср  = 0,574 t’ _ср = 88 ^oС

б) при y’’_ср = 0,146 t’’_ср = 97 ^oС

 

Средние мольные массы и плотности пара:

а) М’_ср = y’_ср ^х М_э + (1- y’_ср) М_в = 0,574 ^х 46,07 + 0,426 ^х 18 = 32,55 кг/кмоль

’_ср = M ’_ср ^х T _о = 32,55 ^х 273 = 1,1 кг/м³

22,4 ^х T’_ср 22,4 ^х 361

б) М’’_ср = y’’_ср ^х М_э + (1- y’’_ср) М_в = 0,146 ^х 46,07 + 0,854 ^х 18 = 22,1 кг/кмоль

’’_ср =   М’’_ср ^х T _о = 22,1 ^х 273 = 0,73 кг/м³

 22,4 ^х T’’_ср 22,4 ^х 370

 

Средняя плотность пара в колонне:

_п(’_ср+’’_ср ) / 2 = (1,1 + 0,73) / 2 = 0,915 кг/м³

 

Средние мольные массы жидкости:

а) М’_ср = x’_ср ^х М_э + (1- x’_ср) М_в = 0,504 ^х 46,07 + 0,496 ^х 18 = 32,15 кг/кмоль

б) М’’_ср = x’’_ср ^х М_э + (1- x’’_ср) М_в = 0,076 ^х 46,07 + 0,924 ^х 18 = 20,13 кг/кмоль

 

Температура в верху колонны при y_P = 0,86 равняется 83 ^oС, а в кубе-испарителе при х_W = 0,004 она равна 99 ^oС

Плотность жидкого этанола при 83^oС _э = 732 кг/м³, а воды _в = 959 кг/м³ при 99 ^oС.

 

Принимаем среднюю плотность жидкости в колонне

_ж= (732 + 959) / 2 = 845,5 кг/м³.

 

Средние массовые расходы (нагрузки) по жидкости:

M_P = 46.07*0.86+18(1-0.86) = 42.14

M_F = 46.07*0.148+18(1-0.148) = 22.15

 

Средние массовые потоки пара:

 кг/с

 кг/с

Выбор 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 давлении, рабочую скорость можно принимать на 20— 30 % ниже скорости захлебывания.

Предельную фиктивную скорость пара w_п, при которой происходит захлебывание насадочных колонн, определяем по уравнению:

Вязкость жидких смесей m_х находим по уравнению:

lg m_х=x_cp lg m_э+(1- x_cp)lg m_в

 

Тогда

lg m_хВ=0,504 lg 0,435+(1- 0,504)lg 0,357

lg m_хН=0,076 lg 0,326+(1- 0,076)lg 0,284

 

m_хВ = 0,396 мПа*с

m_хН = 0,287 мПа*с

 

Предельная скорость паров:

отсюда w_ПВ = 1,9 м/с

отсюда w_ПН = 1,57 м/с

 

Примем рабочую скорость wна 30 % ниже предельной:

w _В = 1,9*0,7 = 1,33 м/с

w _Н = 1,57*0,7 = 1,1 м/с

Диаметр ректификационной колонны определяют из уравнения расхода:

d =

 

Тогда диаметр верхней и нижней части колонны со­ответственно равен:

d _В= = 1,87 м

d _Н= = 3,48 м

 

Выберем стандартный диаметр обечайки d = 3,5 м, одинаковый для обеих частей колонны. При этом действительные рабочие скорости паров в колонне будут равны:

 

w _В = 1,33(1,87/3,5)² = 0,38 м/с

w _Н = 1,1(3,48/3,5)² = 1,087 м/с

 

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: