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

3. Тепловой расчет ректификационной колонны

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:

;