Расчёт ректификационной колонны. Материальный баланс колонны и рабочее флегмовое число. Скорость пара и диаметр колонны

Средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны равны:

_В 43,2560 кг/кмоль

_Н 25,8277 кг/кмоль

Мольная масса исходной смеси вычисляется согласно закону аддитивности с учётом мольного состава:

  31,6371 кг/кмоль

Средние массовые расходы (нагрузки) по жидкости для верхней и нижней частей колонны:

_В 0,3946 кг/с

_Н 2,5033 кг/с

Средние массовые потоки пара в верхней и нижней частях колонны:

_В 1,3250 кг/с

_Н 0,8882 кг/с

 ДВФУ.ХТ14КП.207 ПЗ

Лист

5

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

1.2Скорость пара и диаметр колонны

Предельная скорость паров в нижней и верхней частях колонны:

w_П.В=2,8294 м/с w_П.Н=2,1812 м/с

Примем рабочую скорость  на 30% ниже предельной:

w_П.В=2,8294 м/с w_П.Н=2,1812 м/с

Диаметры верхней и нижней части колонны равны соответственно:

_В 0,6627 м

_Н 0,7562 м

Рационально будет принять диаметр обечайки одинаковым для обеих частей колонны:   0,8 м

При этом действительные рабочие скорости паров в колонне равны:

w_П.В=1,3590 м/с w_П.Н=1,3644 м/с что составляет соответственно 48,03 % и 62,55% от предельных скоростей.

1.3Высота насадки

Общее число единиц переноса в верхней и нижней частях колонны:

  _В 2,1

  _Н 3,4

Общее число единиц переноса:

   5,5

Общая высота единицы переноса для верхней и нижней частей колонны:

  _В 1,7301 м

  _Н 0,9136 м

Высота насадки в верхней и нижней частях колонны:

 ДВФУ.ХТ14КП.207 ПЗ

Лист

6

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

2Описание и обоснование выбранной конструкции

В связи с простотой устройства, дешевизной капитальных затрат и  лёгкостью в эксплуатации, для расчёта выберем колонну насадочного типа. 

При проведении процессов ректификации с целью снижения гидравлического сопротивления выбирают специальные виды насадок, обладающих большим свободным объёмом. Чем больше размер элемента насадки, тем больше её свободный объем (живое сечение) и, следовательно, выше производительность. Однако вследствие меньшей удельной поверхности эффективность крупных насадок несколько ниже.

Таким образом, в ректификационных колоннах, работающих при атмосферном давлении, для разделения агрессивных жидкостей, а также в тех случаях, когда не требуется частая чистка аппарата, обычно применяют керамические кольца Рашига. Для данного случая примем насадку из керамических колец Рашига размером 50*50*5 мм. Удельная поверхность насадки a 87,5 м²/м³, свободный объем ε 0,785 м²/м³, насыпная плотность 530 кг/м³.

 ДВФУ.ХТ14КП.207 ПЗ

Лист

8

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

3  Расчёт ректификационной колонны

3.1Задание

Рассчитать ректификационную колонну непрерывного действия для разделения бинарной смеси ацетон – вода, если производительность по исходной смеси   10 т/ч; содержание легколетучего компонента: в исходной смеси x_F=34 % (0,34 моль); в дистилляте х_D=92 % (0,92 моль); в кубовом остатке  х_W=5 % (0,05 моль). Исходная смесь  перед подачей в колонну нагревается до температуры  кипения насыщенным водяным паром Р 0,33 МПа; температура исходной смеси поступающей на установку t_п=32°C; температура охлаждающей воды t_в=21 ⁰C; давление в паровом пространстве дефлегматора 0,1 МПа.

В ходе выполнения курсовой работы требуется рассчитать:

1) Материальный и тепловой балансы ректификационной колонны.

2) Основные геометрические параметры колонны (диаметр, высоту).

3) Расходы греющего пара в подогревателе и кубе, расход охлаждающей воды в дефлегматоре.

Дополнительно должны быть рассчитаны:

1)  Насос для подачи исходной смеси.

2)  Необходимое теплообменное оборудование.

В качестве графической части работы приводятся:

1) Диаграммы фазового состава и температуры кипения бинарной смеси.

2) Схема ректификационной установки.

3) Чертеж ректификационной колонны с продольным разрезом и указанием всех рассчитанных геометрических размеров (высота, диаметр колонны, расстоянием между тарелками/насадками и т. д) и по необходимости дополнительными видами и разрезами.

 ДВФУ.ХТ14КП.207 ПЗ

Лист

9

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

3.2Расчёт ректификационной колонны

3.2.1Материальный баланс колонны и рабочее флегмовое число

Пересчитаем составы фаз из мольных долей в массовые по соотношению:

                                                                                                                                 (1)

_см

М_А=М_а=58,08 кг/кмоль; М_В=М_в=18,015 кг/кмоль.

Отсюда получаем:

Производительность колонны по дистилляту Р и кубовому остатку W определим из уравнений материального баланса колонны:

W                                                                                                     (2)

                             W _W                                                                                            (3)

Отсюда находим:

(4)

W

W                                                                                                     (5)

W 8519 кг/с

2,78-1,8519 0,9259 кг/с

Предварительно для дальнейших расчётов построим диаграмму равновесия жидкость-пар, воспользуемся значениями из таблицы 1.

β  /     

(7)

β     

(8)

R=1,3 0,2094+0,3= 0,5722

Затем рассчитываем уравнение рабочих линий Мольный расход питания:

(9)

3,0  кмоль/кмоль

Укрепляющая часть:

1  1

(10)

0,3 39

1

  0,5852

1

Исчерпывающей части колонны:

1

1  1

0 3 

Построим рабочие линии и равновесную линию:

(11)

ДВФУ.ХТ14КП.207 ПЗ

Лист

13

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

(х    х )                                                                                        (16) х_{ср В}                 

2

(х    х _W)          (17) х_{ср Н}       

2

х_срВ 0,6300 кмоль/кмоль х_срН 0,1950 кмоль/кмоль  _В 43,2560 кг/кмоль

_Н 25,8277 кг/кмоль

Мольная масса исходной смеси:

M_F=31,6371 кг/кмоль Массовые расходы: 

_В 0,3946 кг/с

_Н 2,5033 кг/с

Массовые потоки в укрепляющей и исчерпывающей части ректификационной