| ||||||||||||
МЕНЮ
| Курсовая работа: Полный расчет ректификационной 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 Определим коэффициент диффузии газа для нижней и верней части колонны по формуле: , где T – температура газа, К; p- давления газа, кгс/см2; MA,MB- мольные массы газов A и B; vA,vB- мольный объемы газов А и В, определяемые, как сумма атомных объемов элементов, входящих в состав газа. Пусть А – ацетон (МА=58 кг/кмоль); В- четыреххлористый углерод (МВ=154кг/кмоль). см3/атом см3/атом м2/с; м2/с; Определим коэффициент диффузии в разбавленных растворах для верхней и нижней части колонны: , где М – мольная масса растворителя; v- мольный объем диффундирующего вещества; T –температура, К; - динамический коэффициент вязкости растворителя, мПа.с; - параметр, учитывающий ассоциацию молекул растворителя (А=В=1). Пусть А растворяется в В (В- растворитель): м2/с; м2/с. Пусть В растворяется в А (А- растворитель): м2/с; м2/с. Определим коэффициент диффузии смеси жидкостей для верхней и нижней части колонны по формуле: м2/с; м2/с. По диаграмме «Равновесное состояние жидкости и пара» определяем коэффициенты распределения нижней и верхней частей колонны: Через xн, xв определяем углы α и β соответственно (приложение 2).
Определяем число единиц переноса графическим методом интегрирования для нижней и верхней части колонны: yw=xw=0.06 yD=xD=0.8
|
ИНТЕРЕСНОЕ | ||||||||||
|