Расчет ректификационной колонны для разделения смеси ацетон-вода с ситчатыми тарелками
при
Общее гидравлическое сопротивление тарелки в нижней части колонны
Проверим, соблюдается ли при расстоянии между тарелками h=0,3м необходимое для нормальной работы тарелок условие
Для тарелок в нижней части колонны, у которых гидравлическое сопротивление больше, чем у тарелок в верхней части
Следовательно, вышеуказанное условие соблюдается:
Проверим равномерность работы тарелок - рассчитаем минимальную скорость пара в отверстиях , достаточную для того, чтобы ситчатая тарелка работала всеми отверстиями
Рассчитанная скорость ; следовательно, тарелки будут работать всеми отверстиями.
6. Определение числа тарелок и высоты колонны
6.1 Расчет к. п. д. тарелок
а) наносим на диаграмму у-х рабочие линии верхней и нижней части колонны и находим ступени изменения концентрации nТ. В верхней части колонны ; в нижней части , всего 8 ступеней.
Число тарелок рассчитываем по уравнению
Для определения среднего к. п. д. тарелок находим коэффициент относительной летучести разделяемых компонентов и динамический коэффициент вязкости смеси μ при средней температуре в колонне, равной 77oC. При этой температуре давление насыщенного пара ацетона мм рт. ст., воды РВ=314,1 мм рт. ст., откуда . Динамический коэффициент вязкости ацетона при t=77 oC равен 0,2·10-3Па·с, воды 0,3702·10-3Па·с. Принимаем:
Тогда:
По графику находим . Длина пути жидкости на тарелке
По графику (рис.3) находим значение поправки на длину пути . Средний к. п. д. тарелок
Рис.3. Зависимость поправки Δ от длины пути жидкости на тарелке l.
Для сравнения считаем средний к. п. д. тарелки по критериальной формуле, полученной путем статистической обработки многочисленных опытных данных для колпачковых и ситчатых тарелок
Предварительно рассчитаем коэффициент диффузии:
В этом случае
; ;
; .
Коэффициент диффузии
Безразмерные комплексы
Средний к. п. д. тарелки
6.2 Расчет числа тарелок
Число тарелок:
в верхней части колонны
в нижней части колонны
Общее число тарелок n=11, с запасом n=15, из них в верхней части колонны 9, а в нижней 6 тарелок.
Высота тарельчатой части колонны
Общее гидравлическое сопротивление тарелок
7. Тепловой расчет установки
Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре-конденсаторе
Здесь
где rA и rВ - удельные теплоты парообразования ацетона и воды при 77оС.
Расход теплоты, получаемой в кубе-испарителе от греющего пара
Здесь тепловые потери Qпот. Приняты в размере 3% от полезно затрачиваемой теплоты; удельные теплоемкости взяты соответственно при tD=57оС; tW=97оС; tF=67оС; температура кипения исходной смеси tF определена по рис.1.
Расход теплоты в паровом подогревателе исходной смеси
Здесь тепловые потери приняты в размере 5%, удельная теплоемкость исходной смеси взята при средней температуре . Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике дистиллята.
где удельная теплоемкость дистиллята взята при средней температуре
.
Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике кубового остатка
где удельная теплоемкость кубового остатка взята при средней температуре .
Расход греющего пара, имеющего давление Pабс. =2,5МПа и влажность 5%: а) в кубе-испарителе
где rГ.П. =2141·103Дж/кг - удельная теплота конденсации греющего пара;
б) в подогревателе исходной смеси
Всего: 0,58+0,53=1,11 кг/с или 4,0 т/ч.
Расход охлаждающей воды при нагреве ее на 20оС
а) в дефлегматоре
б) в водяном холодильнике дистиллята
в) в водяном холодильнике кубового остатка
Всего: 0,0208м3/с или 75м3/ч.
Заключение
Рассчитали ректификационную колонну для разделения смеси ацетон - вода подаваемый расход 6 кг/с, необходима колонна с диаметром D=800мм, высота тарельчатой части колонны 4,2м, общее гидравлическое сопротивление 0,05МПа с ситчатыми тарелками, количество которых 15 штук, расстояние между тарелками - 300мм, высота сливного порога - 25мм, диаметр отверстия - 5мм, при этих данных к. п. д. тарелки 0,58 производительность дистиллята 0,87. Материал для изготовления колонны - углеродистая сталь ВСт3сп.
Список использованной литературы
Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии. - Л.: Химия, 1991. - 352с.
Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - Л.: Химия, 2006. - 576с.
Плановский А.Н., Рамм В.М., Каган С.З. Процессы и аппараты химической технологии. М.: Госхимиздат, 1962. - 546 с.
Электронный ресурс - spetsmashservis. narod/katalog_kolon.html
Размещено на