Расчет ректификационной колонны непрерывного действия для разделения бинарной смеси метиловый спирт-вода

Страницы работы

48 страниц (Word-файл)

Фрагмент текста работы

диаграмме t-x,y (Приложение А) по линии конденсации определяется температура конденсации пара tCP, соответствующая среднемольному составу пара yCP; tCP = 78,5

Плотность паров при данной температуре ρП, кг/м3 рассчитывается по формуле:

П =                                                              (2.13)

где P - давление в колонне, Па

T - температура паров, K

T = 78,5 + 273 = 351,5K

Po = 0,1 МПа

To = 273 K

п =  кг/м3

Объемный расход пара в колонне VП, м3/с рассчитывается по формуле:

Vп =,                                                                (2.14)

Vп =  кг/м3

Определение объемного расхода жидкости в верхней части колонны , м3

Средняя температура кипения жидкой смеси в верхней части колонны ,  рассчитывается по формуле:

 =                                                              (2.15)

 

По диаграмме t-x,y (Приложение А) определяется средний мольный состав жидкой смеси в верхней части  колонны  при 70,5; = 0,64 мол. д.

Плотность метилового спирта и воды при 70,5:

С = 746 кг/м3; В = 977 кг/м3. [1, 420]

Средняя плотность жидкой смеси в верхней части колонны , кг/м3  рассчитывается по формуле:

=                                    (2.16)

где НК, ВК - плотности  низкокипящего и высококипящего                                     компонента при  , кг/м3

 801,8 кг/м3

Количество жидкости в верхней части колонны L, кг/с рассчитывается по формуле:

                                                     (2.17)

 кг/м3

Объемный расход жидкости , м3/с в верхней (концентрационной) части колонны

,                                                                    (2.18)

0,00103 м3

Определение объемного расхода жидкости в нижней части колонны , м3

Средняя температура кипения жидкой смеси в нижней части колонны рассчитывается по формуле:

,                                                              (2.19)

По диаграмме определяется средний мольный состав смеси  при температуре 86,5,  мол. д.;

 кг/м3; = 973 кг/м3. [1, 420]

Средняя плотность жидкой смеси в нижней части колонны , кг/м3 рассчитывается по формуле:

                                       (2.20)

 кг/м3

Количество жидкости  в нижней части колонны , кг/с рассчитывается по формуле:

                                         (2.21)

= GФ + GF = 0,7813 · 1,1+ 1,53 = 2,389

 кг/м3

Определение рабочей скорости паров в колонне , м/с

Выбираем ситчатые тарелки hт=400 мм, коэффициент c для ситчатых тарелок равен 0,06

= c ·,                                                                (2.22)

где с - коэффициент, зависящий от типа тарелки. Коэффициент можно определить по диаграмме.

 м/с

 м/с

                                                             (2.23)

 м/с

Рабочая скорость паров  м/с

 м/с

2.3 Конструктивный расчет

Определение диаметра колонны

Диаметр колонны d, м рассчитывается по формуле:

d=                                                                   (2.24)

d= м

Стандартный диаметр в соответствии с ГОСТ равен 1400 мм

Уточняется скорость паров в колонне по формуле:

                                                                   (2.25)

 м/с

Определение высоты ректификационной колонны

По диаграмме у-х (Приложение Б) определяется число теоретических тарелок nТ путем вписывание ступеней между линией равновесия и рабочими линиями: nт = 8;

Расчет относительной летучести , вязкости смеси  и определения к.п.д тарелок , , , для удобства сводится в таблицу (2.3)

Давление насыщенных паров метилового спирта и воды,  PС и PВ при данной температуре определяется по диаграмме зависимости P от tкип.  Вязкость метилового спирта и воды µС и µВ при данной температуре берутся из [1, 432]; к.п.д тарелок определяются по диаграмме y-х (Приложение Б).

Таблица 2.3 Расчет к.п.д тарелок

Заданные параметры, определяемые параметры

Верхняя часть колонны

Эвапарационная часть колонны

Нижняя часть колонны

tD

xD

tF

xF

tW

xW

70,5

0,932 мол. д.

78,5

0,3598 мол. д.

86,5

0,0114 мол. д.

PС, кПа

927

1341

1897

PВ, кПа

234

355

526

Α =

3,96

3,77

3,6

µС, мПа·с

0,32

0,29

0,26

µВ, мПа·с

0,413

0,357

0,32

µсм, мПа·с

0,41

0,36

0,31

α·µсм

1,62

1,36

1,116

0,41

0,43

0,48

Формула вязкости смеси:

µсм = µС · +                                                     (2.26)

µсм = 0,375 · + 0,29 ·  = 0,2914

µсм = µС · +                                                     (2.27)

µсм = 0,32 ·  + 0,413 · = 0,4121

µсм = µС · +                                                     (2.28)

µсм= 0,26 ·  + 0,320 ·  = 0,319994

Средний к.п.д тарелок рассчитывается по формуле:

                                                                (2.29)

= 0,44

Средний к.п.д с поправкой на длину пути:

= 0,44 + 0,105 = 0,545

Число действительных тарелок n:

n = = 15

Высота ректификационной колонны h рассчитывается по формуле:

h = hТ · (n - 1) + h1 + h2,                                                    (2.30)

где hТ - расстояние между тарелками, м;

n - число действительных тарелок;

h1,h2 - высота от крышки колонны до верхней тарелки и высота от                                               нижней тарелки до днища, м, принимаются конструктивно.

h = 0,4 · (15-1) + 2 + 2,5 = 10,1 м

2.4 Тепловой расчет

Количество теплоты, подводимое к испарителю для получения пара высококипящего компонента (без учета тепловых потерь) рассчитывается по формуле:

Q = GD · (R + 1) · IП  + GW · iW - GF · iF - GD · R · iф ,                              (2.31)

Удельные теплоемкости метилового спирта и воды при данных температурах и удельную теплоту парообразования при температуре кипения дистиллята tD определяют по [1, 430]

Таблица 2.4

Температура

Удельная теплоемкость c, Дж/кг

Удельная теплота парообразования r, Дж/кг

СС

СВ

rС

rВ

tD = 70.5

2816

4190

1110400

2359000

tF = 78.5

2866

4190

tW = 86.5

2916

4211

Удельная теплоемкость дистиллята CD, Дж/кг· рассчитывается по формуле:

CD = xD · CНК + (1 - xD) · CВК                                                 (2.32)

CD= 0,932 · 2816 + (1 - 0,932) · 4190 = 2909,432 Дж/кг· 

Энтальпия флегмы iФ, Дж/кг рассчитывается по формуле:

iф = iD = CD · tD                                                              (2.33)

iф = iD = 2909,432 · 70,5 = 205114,956 Дж/кг· 

Удельная теплота конденсации флегмы rФ, Дж/кг рассчитывается по формуле:

rФ = rD = xD · rНК + (1 - xD) · rВК,                                                (2.34)

где rНК, rВК - удельные теплоты парообразования НК и ВК при температуре tD, Дж/кг.

rФ = rD = 0,932 · 1110,4 + (1 - 0,932) · 2359 = 1195304,8 Дж/кг

Энтальпия пара, выходящего из колонны IП, Дж/кг рассчитывается по формуле:

Iп= iФ + rФ                                                              (2.35)

Iп = 205114,956 + 1195304,8 = 1400419,756 Дж/кг

Удельная теплоемкость кубового остатка CW, Дж/кг·  рассчитывается

Похожие материалы

Информация о работе