Дипломная работа: Проект ректификационной установки непрерывного действия для разделения смеси метиловый - этиловый спирт
Таблица – Параметры,
необходимые для построения кинетической кривой.
х |
|
0,1 |
|
0,3 |
0,4 |
0,6 |
0,8 |
|
tgα=m |
1 |
1,9 |
1,1 |
2,0 |
1,24 |
0,99 |
0,51 |
0,06 |
Ky
|
0,037 |
0,026 |
0,025 |
0,021 |
0,026 |
0,028 |
0,033 |
0,041 |
ny
|
0,65 |
0,46 |
0,43 |
0,36 |
0,44 |
0,48 |
0,57 |
0,7 |
η |
0,48 |
0,38 |
0,35 |
0,3 |
0,36 |
0,38 |
0,44 |
0,5 |
АВ, мм |
3,4 |
1,5 |
1 |
3,5 |
4,3 |
6,8 |
4,2 |
1,1 |
АС, мм |
7 |
2 |
8 |
14 |
10 |
19 |
19,9 |
14,1 |
Построение кинетической
кривой.
Между кривой равновесия и
линиями рабочих концентраций в соответствии с табличными значениями х проводим
ряд прямых, параллельных оси ординат (Приложение В1).
Измеряем полученные
отрезки А1В1, А2В2 и т. д. Определяем
велечину отрезков А1В1, А2В2 и т.
д. Через найденные для каждого значения х точки В1, В2
проводим кинетическую кривую, отображающую степень приближений фаз на тарелках
равновесию.
Число реальных тарелок nД находим путем построения ступенчатой линии между
кинетической кривой и рабочими линиями в пределах от 0,07 до 0,95. получаем 46
тарелки, (из которых – 33 в верхней части колонны, 13 – в нижней), которые и
обеспечивают разделение смеси в заданных пределах изменения концентраций.
Исходная смесь должна подаваться на 33 тарелку сверху.
Высота тарельчатой
колонны:
Общая высота колонны:
где hсеп – расстояние между верхней тарелкой
и крышкой колонны,(высота сепаратного пространства), принимаем 1м; hкуб – расстояние между нижней тарелкой и
днищем колонны, (высота кубовой части), принимаем 2,5м [3, приложение Б6].
2. Гидравлический расчет колонны
Для тарелок
бесколпачковых (ситчатых, клапанных, струйных и других) величину общего
сопротивления можно определить по уравнению:
гдеξ – общий
коэффициент сопротивления тарелки, для клапанных тарелок (клапаны полностью
открыты) ξ=3,63;
ωоп –
скорость пара в рабочем сечении колонны, м/с;
hw – высота сливной перегородки, м;
how – подпор, м;
ΔΡσ – сопротивление, связанное с
преодолением сил поверхностного натяжения на границе жидкость пар при выходе
пара из отверстий тарелки в жидкость, Па.
Высоту сливной
перегородки hw выбирают с таким расчетом, чтобы
обеспечить достаточный слой жидкости на тарелке (hw+ how)≥40 мм. При малых расходах
жидкости, когда подпор how мал, это обеспечивается сливной перегородкой высотой hw . При больших расходах жидкости,
когда слой жидкости на
тарелке составляет 80 мм и более, высота сливной перегородки может быть
уменьшена вплоть до hw=0. В
этом случае необходимый слой жидкости на тарелке обеспечивается за счет подпора
жидкости над гребнем слива how .
Скорость газа в интервале
устойчивой работы клапанных тарелок может быть определена по уравнению:
где:G – масса клапана, кг;
Fc – доля свободного сечения тарелки,
%;
F0 – площадь отверстия под клапаном, м2;
ζ – коэффициент
сопротивления, который может быть принят равный 3.
Принимаем диаметр
отверстия под клапанном равным d=70
мм, массу клапана G=0,0025 кг.
Следовательно:
Скорость пара в рабочем
сечении верхней части колонны:
Скорость пара в рабочем
сечении нижней части колонны:
Уровень слоя жидкости на
тарелке (подбор) обусловлен высотой сливой перегородки hw и зависит от расхода жидкости, формы
и длины сливной перегородки [ ].
Для сплошной сливной
перегородки:
,
где: Lv – объемный расход жидкости, м3/ч;
В=2,05 – периметр слива,
м;
Kow – поправочный коэффициент,
учитывающий влияние стенок колонны на работу сегментного переливного кармана и
определяемый по графику, рисунок 4,7 [3].
Расход жидкости,
проходящий в верхней части колонны:
Расход жидкости,
проходящий в нижней части колонны:
Для определения
поправочного коэффициента Kow находим отношение:
Для верхней части колонны
находим отношение :
Kow в.=1,015
Для нижней части колонны
находим отношение :
Kow н.=1,025.
Подпор жидкости на
тарелке для верхней части колоны:
Подпор жидкости на
тарелке для нижней части колоны:
Сопротивление,
обусловленное действием си поверхностного натяжения:
гдеrгидр – гидравлический радиус отверстий,
через которые пар выходит в жидкость, м.
гдеF0, П0 – площадь, м2 и периметр, м
отверстий, через которые выходит пар, соответственно
Поверхностное натяжение
рассчитываем по формуле:
σн =
σА∙н.ср.
+ σВ∙(1- н.ср)
,
где σА,
σВ – поверхностное натяжение метилового и этилового спиртов при
tср.н [1 с. 526] ,
σн = 17,7∙10-3∙00,08
+ 17,4∙10-3∙(1-0,08)= 17,42∙10-3 н/м.
Тогда сопротивление
вызываемое силами поверхностного натяжения будет равно:
а) для верхней части
колонны:
а) для нижней части
колонны:
Сопротивление тарелки на
верхней части колоны:
Сопротивление тарелки на
нижней части колоны:
Общее сопротивление
колонны:
гдеnв , nн – действительное число тарелок в
верхней и нижней части колоны, соответственно. Определение действительного
числа тарелок поведено в разделе 1,7
Расход теплоты,
получаемой кипящей жидкостью от конденсирующего пара в кубе-испарителе колонны
,
где -расход теплоты, отнимаемой
охлаждающей водой от конденсирующихся в дефлегматоре паров, Вт;
-тепловые потери колонны в окружающую
среду, Вт;
-теплоемкость исходной смеси,
дистиллята, кубовой жидкости, соответственно, Дж/кг·К.
Значения теплоемкостей,
необходимые для расчета, находим по формуле:
,
где - теплоемкости компонентов
при соответствующих температурах;
- массовые доли компонентов.
Температура кипения смеси
tF=76,2оC, кубового остатка tW=77оC и дистиллята tD=65,5оC; теплоемкости метанола и этанола при
этих температурах определяем по номограмме (ХI, с.562 [1]) (А-метиловый спирт, В- этиловый спирт)
Теплоемкости смесей:
;
;
.
Количество тепла,
отнимаемого охлаждающей водой от конденсирующегося в дефлегматоре пара:
;
,
-удельная теплота конденсации
дистиллята, Дж/кг;
,
где: , - удельная теплота
конденсации компонентов А и В при температуре tD=65,5оC (табл. XLV стр.541 [1]).
.
Тепловые потери колонны в
окружающую среду:
,
где -температура наружной
поверхности стенки колонны, принимаем ;
-температура воздуха в помещении, ;
α-суммарный
коэффициент теплоотдачи конвекцией и излучением, Вт/(м2К),
;
.
-наружная поверхность изоляции
колонны, определяем по формуле:
;
.
Потери тепла в окружающую
среду:
;
.
Расход тепла в кубе
колонны с учетом тепловых потерь:
Страницы: 1, 2, 3, 4
|