Расчет насадочной ректификационной колонны непрерывного действия для разделения смеси сероуглерода и четыреххлористого углерода

Страницы работы

10 страниц (Word-файл)

Фрагмент текста работы

;

, где a – коэффициент, зависящий от вида насадки (для кольцевой насадки а = 0,123, для хордовой а = 0,152); ψ – коэффициент смачиваемости насадки; μж – динамическая вязкость жидкости, Паּс.

Коэффициент ψ определяют по графику (рис.2.3) в зависимости от отношения действительной плотности орошения U к Uopt. При этом

где Vж – объем жидкости, м3/ч ; Fк – площадь поперечного сечения колонны, м2; B=0,065 – постоянный коэффициент для ректификации; f – удельная поверхность насадки, м23.

ψ

Рис. 2.3.   Зависимость   

Число Рейнольдса для паровой фазы: 

Число Рейнольдса для жидкой фазы: 

Число Прандтля для пара (при диффузионных процессах):

, где Dп – коэффициент диффузии в паровой фазе, м2/ч.

Значение Dп вычисляется по формуле

 ,                         (73)

где Т – абсолютная температура паров, К; ρ – общее давление паров, кг/см2; Ма, Мb – молекулярные массы компонентов; Vа, Vb – молекулярные объемы компонентов, определяемые как суммы атомных объемов составляющих их элементов.

Ниже указаны атомные объемы некоторых элементов:

Водород атомарный –                      3,7

Водород молекулярный –               14,3

Углерод –                                          14,8

Сера –                                                25,6

Хлор –                                               24,6

Бром –                                               27,0

Воздух –                                            29,9

Кислород в высших эфирах –         11,0

Кислород в кислотах –                     12,0

Кислород в сложных эфирах –        9,1

Кислород в прочих соединениях –  7,4

Азот в первичных аминах –             10,5

Азот во вторичных аминах –           12,0

Азот в прочих соединениях –          15,6

Число Прандтля для жидкости (при диффузионных процессах):

где Dж – коэффициент диффузии в жидкой фазе, м2/ч.

Значения Dж вычисляют по эмпирической формуле

,                            (74)

где D20 – коэффициент диффузии в жидкой фазе при t=20 °C; b – температурный коэффициент; t – температура жидкости, °C;.

Значения D20 находят по уравнению

                        (75)

где μж – динамическая вязкость жидкости, Па·с; А и В – поправочные коэффициенты (для неассоциированных веществ, паров и газов А=1 и В=1, для ассоциированных веществ В отличается от единицы; для воды В=4,7 , для метилового и этилового спирта В=2, для ацетона В=1,15).

Температурный коэффициент  где μж – динамическая вязкость жидкости при t = 20 °C, Па·с; ρж – плотность жидкости при t = 20 °C, кгс/м3.

Расход греющего пара и охлаждающей воды для насадочных колонн определяют так же, как и для тарельчатых колонн.

Гидравлические потери.

Потери при прохождении пара через слой орошаемой насадки вычисляют по уравнению, полученному в результате обработки опытных данных:

                    (76)

где

                          (77)

В формулах (76) и (77):

 - сопротивление слоя сухой насадки высотой 1 м, мм вод. ст/м; ζ – коэффициент сопротивления сухой насадки; dэкв – эквивалентный диаметр насадки, м.


Процессы ректификации интенсивно исследуют методом математического моделирования с применением электронных вычислительных машин, что позволяет решать задачи оптимизации и определять параметры оптимальной организации этих процессов.

4. Пример расчета.

Рассчитать насадочную ректификационную колонну непрерывного действия для разделения смеси сероуглерода и четыреххлористого углерода по исходным данным.

Концентрация низкокипящих компонентов в массовых долях  тип насадки кольца Рашига, производительность колонны по сырью 5713 кг/г.

4.1. Расчет высоты насадки через эквивалент одной теоретической  тарелке (ВЭТТ).

В данном случае для расчета насадочной ректификационной колонны используем диаграмму равновесия, построенную по опытным данным (см. рис.4.1), рабочие линии верхней и нижней частей колонны, а также вычисленные для тарельчатой колонны значения оптимального флегмового числа, которые определяют по одинаковой методике, независимо от конструкции колонны, как описано в главах 1.0 и 2.0, начиная с страницы 8.

Используем данные таблиц 4.1. и 4.2. для построения диаграммы равновесия (рис. 4.1)

                                                                                                               Таблица 4.1.

Температура в °С

аж в % масс.

ап в % масс.

хр в молярных долях

ур в молярных долях

76,7

74,9

73,1

70,3

68,6

63,8

59,3

55,3

52,3

50,4

48,5

46,3

0

1,5

3,1

5,8

7,7

14,6

24,1

35,9

49,2

60,9

75,3

100,0

0

4,3

8,3

15,1

19,8

32,6

46,0

59,5

70,6

78,0

87,1

100,0

0

0,02985

0,06071

0,11064

0,14424

0,25673

0,39081

0,53086

0,66179

0,75885

0,86032

1,00000

0

0,08323

0,15459

0,26435

0,33280

0,49424

0,63250

0,74800

0,82811

0,87750

0,93170

1,00000

                                                                                                                Таблица 4.2.

Температура в °С

аж в % масс.

хр в молярных долях

ур в молярных долях

75,5

57,2

47,1

ак=1,0

а0=30,0

ад=90,0

хк=0,02

х0=0,464

хд=0,948

ук=0,055

у0=0,692

уд=0,955

Рис.4.1. Диаграмма равновесия (с нанесенными на диаграмму рабочие линии и теоретические тарелки)

4.2. Расчет высоты насадки методом определения числа единиц    переноса (ВЭП).

Для определения числа единиц переноса составляем таблицу значений содержания yлегколетучего CS2 в парах для ряда точек рабочей линии и соответствующих им значений равновесных содержаний yр. Для этого используем рабочую линию и кривую равновесия. В данном случае значения равновесных содержаний yрберем из таблиц 4.1 и 4.2, а соответствующие им значения y находим по диаграмме (см. рис.4.1). Кроме того, для каждой точки вычисляем величины . Полученные данные сводим в таблицу 4.3

                                                                                                               Таблица 4.3.

t,°C

yp

y

yp -y

76,7

75,5

74,9

73,1

70,3

68,6

63,8

59,3

57,2

55,3

52,3

50,4

48,5

47,2

46,3

0

0,055

0,0832

0,1546

0,2644

0,3328

0,4942

0,6325

0,6920

0,7480

0,8291

0,8775

0,9317

0,9550

1,0000

-

0,018

0,030

0,073

0,145

0,195

0,365

0,547

0,647

0,690

0,770

0,825

0,890

0,920

-

-

0,0370

0,0532

0,0816

0,1194

0,1378

0,1292

0,0855

0,0450

0,0580

0,0591

0,0525

0,0417

0,0350

-

-

27,05

18,81

12,26

8,39

7,26

7,74

11,69

22,20

17,23

16,93

19,05

24,00

28,56

-

Строим график зависимости: - y ( рис. 4.2).        

Число единиц переноса для верхней части колонны z равно площади, ограниченной полученной кривой, осью абсцисс и ординатами, проведенными через точки, в которых концентрации равны  yр и yк; указанную площадь измеряем в принятом масштабе. В данном случае, z = 5,55.

Рис. 4.2. Графическое интегрирование

Высоту насадки hz, эквивалентную одной единице, можно вычислить по формуле . Для этого предварительно определяем коэффициент смачиваемости насадки ψ=0,18 (рис. 4.3) при отношении ; здесь плотность орошения  и оптимальная плотность орошения .

Рис. 4.3.   Зависимость   

Число Рейнольдса для паровой фазы:

.

Число Рейнольдса для жидкой фазы:

.

Число Прандтля для пара (при диффузии):

, где Dп=0,0163 м2/ч – коэффициент диффузии в паровой фазе, вычисляемый по зависимости

в которой T=t+273=54+273=327К – абсолютная температура паров;            Vcs2 = Vc+2Vs = 14,8+2·25,6 = 66 м3/кмоль;             

Vccl4 = Vc+4Vcl = 14,8+424,6 = 113,2 м3/кмоль;

Mccl4=153,839 – молекулярная масса CCl4;

Msc2=76,143 – молекулярная масса CS2.

.

Число Прандтля для жидкости (при диффузии):

, где ρж = 1339 Н/м3, Dж - коэффициент диффузии в жидкой фазе.

Коэффициент Dж находим по зависимости:

, в которой

,

;

при µ20=0,32 Па·с, ρ20=1394 Н/м3,

t=51,4 °C (температура жидкости при χср = 0,706).

Dж = 8,09·10-6[1+0,01014(51,4-20)]=10,65·10-6 м2/ч.

Высоту h (ВЕП) для паровой фазы вычисляем по формуле                                            ;

 , где a=0,123.

Высоту h2 (ВЕП) для жидкой фазы вычисляем по уравнению: ;

.

Общая высота насадки hz, эквивалентная одной единице переноса, для верхней части колонны () :

.

Высоту насадки верхней части колонны определяем по формуле

Похожие материалы

Информация о работе