Производительность колонны по дистиллятору и кубовому остатку определяется по уравнению материального баланса:
(3.6) |
(3.7) |
Определяем оптимальное флегмовое число.
Найдем минимальное флегмовое число по формуле:
(3.8) |
где - определяем из таблицы 4.1 по значению xF
Таблица 4.1 – Таблица оптимальных значений[6c.594]
Компоненты |
Содержание компонента А, мол.% |
Температура кипения, °С |
Общее давление, мм.рт.ст. |
||
А |
В |
В жидкости х |
В паре у |
||
Ацетон |
Этиловый спирт |
0 |
0 |
78,3 |
760 |
5,0 |
15,5 |
75,4 |
|||
10,0 |
26,2 |
73,0 |
|||
15,0 |
34,8 |
71,0 |
|||
20,0 |
41,7 |
69,0 |
|||
25,0 |
47,8 |
67,3 |
|||
30,0 |
52,4 |
65,9 |
|||
35,0 |
56,6 |
64,7 |
|||
40,0 |
60,5 |
63,6 |
|||
50,0 |
67,7 |
61,8 |
|||
60,0 |
73,2 |
60,4 |
|||
70,0 |
80,2 |
59,1 |
|||
80,0 |
86,5 |
58,0 |
|||
90,0 |
92,9 |
57,0 |
|||
100,0 |
100,0 |
56,1 |
(3.9) |
Задавшись несколькими значениями коэффициента избытка флегмы, определим соответствующие флегмовые числа R. Число теоретических тарелок найдем графическим построением ступеней изменения концентрации между равновесной и рабочей линиями на диаграмме x-y. Результаты расчетов, необходимых для построения, приведены в таблице 4.2.
Таблица 4.2 – Результаты расчетов
σ |
1,2 |
1,3 |
1,4 |
1,5 |
1,6 |
1,7 |
R |
1,963 |
2,127 |
2,290 |
2,454 |
2,618 |
2,781 |
N |
26 |
24 |
22 |
18 |
16 |
17 |
N(R+1) |
77,038 |
75,048 |
72,380 |
62,172 |
57,888 |
64,277 |
b |
0,32 |
0,30 |
0,29 |
0,28 |
0,26 |
0,25 |
Рисунок 4.1 – Определение оптимального флегмового числа
По графику определим Rопт:
Rопт = 2,65.
По Rопт построим график и определим число теоретических тарелок. Данный график представлен на рисунке 4.2.
Данному флегмовому числу соответствует 18 теоретических тарелок или ступеней (13 теоретических тарелок в верхней части колонны и 5 теоретических тарелок в нижней части колонны).
Рисунок 4.2 – Расчет числа теоретических тарелок
Материальный поток в верней и нижней частях колонны
Определим расход жидкости LB, кг/с, по формуле:
(3.10) |
Объемный расход жидкости, LVB, м3/с:
(3.11) |
Массовый расход пара, GB, кг/с:
(3.12) |
Объемный расход пара, GV B, м3/с:
(3.13) |
где ρy В – температура кипения ацетона при атмосферном давлении, кг/м3, определяется по формуле:
(3.14) |
где T0 = 273 K;
PB = P0 = 0,1 МПа[1c.84];
tB – температура кипения ацетона при атмосферном давлении, (tB = 56,2 °С);
Материальные потоки в нижней части колонны
Температура в нижней части колонны принимаем равной температуре кипения этилового спирта выходящей из кипятильника.
Массовый расход жидкости, LH, кг/с:
(3.15) |
Массовый расход пара, GH, кг/с:
(3.16) |
Объемный расход жидкости, LVH, м3/с:
(3.17) |
Объемный расход пара, GV H, м3/с:
(3.18) |
где ρy Н – температура кипения ацетона при атмосферном давлении, кг/м3, определяется по формуле:
(3.19) |
где PB = 0,11 МПа [1c.85];
tB – температура кипения этилового спирта при атмосферном давлении, (tB = 78,4 °С) ;
Результаты расчетов сводим в таблицу 4.3.
Таблица 4.3 – Результаты расчетов материального баланса
Пар |
Жидкость |
|||||
G,кг/с |
ρy, кг/м3 |
GV, кг/с |
L,кг/с |
ρx, кг/м3 |
LV, кг/с |
|
Верхняя часть |
9,745 |
2,147 |
4,539 |
7,075 |
810 |
0,00874 |
Нижняя часть |
9,745 |
1,755 |
5,553 |
14,575 |
790 |
0,0185 |
3.2 Гидравлический расчет
Расчет диаметра колонны
Скорость пара в сечении колонны, соответствующую захлебыванию, w, м/с, определим по формуле:
(3.20) |
где a– удельная поверхность, м2/м3;
ε – свободный объем, м3/м3;
μx– вязкость жидкости, Па·с, (для ацетона μx = 0,247 Па·с[13], для этанола μx = 0,476 Па·с[13]);
b, c – коэффициенты, (при ректификации b = - 0,125[1c.76], c = 1,75[1c.76])
Для керамических колец Рашига: a/ε3 = 137,2[1c.62].
Для верхней части колонны скорость пара равна:
Для нижней части колонны скорость пара равна:
Найдем допустимую скорость пара, wg, м/с:
(3.21) |
Для верхней части колонны:
Для нижней части колонны:
Определим предварительный диаметр колонны, DK, м:
(3.22) |
где К7 – коэффициент возможного увеличения производительности (K7 = 1,1[1c77]);
Для верхней части колонны:
Для нижней части колонны:
Принимаем предварительный диаметр DК = 1,8 м.
Определим предварительное свободное сечение колонны, fпр, м2:
(3.23) |
Определим предварительную скорость жидкости, LV пр, м/с:
(3.24) |
Для верхней части колонны:
Для нижней части колонны:
Определим максимально допустимую скорость пара в колонне с учетом типа и материала насадки, wg max, м/с:
(3.25) |
где коэффициенты для керамических колец Рашига (50Х50Х5):
К1 = 0,083 [1c.76];
К2 = 0,077 [1c.76];
К3 = 15,5 [1c.76];
К4 = 955·10-8 [1c.76];
К5 = 0,3 [1c.76];
К6 = 0,08 [1c.76];
A– коэффициент зависящий от вязкости жидкости, и определяется по формуле:
(3.26) |
Для верхней части колонны:
Для нижней части колонны:
Для верхней части колонны:
Для нижней части колонны:
Найдем скорость пара, wp, м/с, по формуле:
(3.27) |
Для верхней части колонны:
Для нижней части колонны:
Определим расчетный диаметр колонны, DP, м, по формуле:
(3.28) |
Для верхней части колонны:
Для нижней части колонны:
Принимаем расчетный диаметр колонны DP = 3 м.
Определим свободное сечение в колонне для диаметра равным 3 м, fK, м/с, по формуле:
(3.29) |
Объемная скорость жидкости, LVf, м/с, равна:
(3.30) |
Для верхней части колонны:
Для нижней части колонны:
Фактор паровой нагрузки, FF, кг0,5/(м0,5·с),:
(3.31) |
Для верхней части колонны:
Для нижней части колонны:
Определим гидравлическое сопротивление 1 м высоты насадки, ΔP, Па:
(3.32) |
где Lf– массовая скорость жидкости, кг/(м2·с), определяется по формуле:
(3.33) |
Для верхней части колонны:
Для нижней части колонны:
w– скорость, м/с, определяющаяся по формуле:
(3.34) |
Для верхней части колонны:
Для нижней части колонны:
Для верхней части колонны:
Для верхней части колонны:
Среднее гидравлическое сопротивление 1 м высоты насадки, ΔPср, Па:
(3.35) |
Расчет высоты колонны
Высота насадки, эквивалентная теоретической тарелки, hэкв:
(3.36) |
где h – допустимая высота насадки между перераспределительными тарелками, м.
Для верхней части колонны:
Для нижней части колонны:
величина f(d/DK) принимается равной 1, так как d/DK≤ 0,043[1c.78];
Высота насадки для верхней части колонны равна:
Высота насадки для нижней части колонны равна:
Общая высота насадки, Hнас, м:
(3.37) |
Принимаем Hнас = 18 м.
Примем высоту перераспределительной зоны H = 0,5 м.
Расстояние от верха насадки до крышки колонны с учетом установки перераспределительного устройства для орошения насадки и установки отбойников в сепарационном пространстве примем HВ = 2,5 м.
Расстояние между днищем и насадкой рассчитываем, исходя из соотношения:
Общая высота ректификационной колонны определяется по формуле, H, м:
(3.38) |
Принимаем общую высоту ректификационной колонны равной
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.