Xreferat.com » Рефераты по технологии » Расчет разделения смеси диоксан-толуол в насадочной ректификационной колонне

Расчет разделения смеси диоксан-толуол в насадочной ректификационной колонне

(3.9)

Здесь M’В и M’Н - средние мольные массы паров в верхней и нижней частях колонны:

М’В = МД y ср. в + М Т (1 — y ср. в );

М’Н = МД y ср. н + М Т (1 — y ср. н ); (3.10)

где

ycр. в=(yD+yF)/2 =(0,9 + 0,51)/2 = 0,705 кмоль/кмоль смеси;

ycр. н= (yF+yW)/2= (0,51 + 0,02)/2 = 0,265 кмоль/кмоль смеси.

Тогда

М’В = 88 ∙ 0,705 + 92(1 - 0,705) = 89,18 кг/кмоль;

М’Н = 88 ∙ 0,265 + 92(1 – 0,265) = 90,94 кг/кмоль.

GH = 1,73(2,1 + 1) 87,8/78 = 6,04 кг/с.

Подставив численные значения в уравнение (3.9), получим:

GВ = 0,278 (6,6+1)89,18 / 88,4 = 2,131 кг/с;

GН =0,278 (6,6+1) 90,94 / 88,4 = 2,174 кг/с.

3.3 Скорость пара и диаметр колонны

Для ректи­фикационных колонн, работающих в пленочном режиме при атмосферном давлении, рабочую скорость можно принять на 20—30 % ниже скорости захлебывания [5].

Предельную фиктивную скорость пара wп, при которой происходит захлебывание насадочных колонн, определяют по уравнению [6]:

, (3.11)

где ρx, ρy — средние плотности жидкости и пара, кг/м3; μx — в мПа-с.

Поскольку отношения L/G и физические свойства фаз в верхней и нижней частях колонны различны, определим скорости захлебывания для каждой части отдельно.

Найдем плотности жидкости ρх в, ρx н и пара ρy в, ρy н в верхней и нижней частях колонны при средних температурах в них tв и tн. Средние температуры паров определим по диаграмме t—х, у (см. рис. 3.2) по средним составам фаз: tВ= 94°С; tн=102 °С. Тогда

ρy в= М’В T0/(22,4(T0+t0)); ρy н= М’Н T0/(22,4(T0+t0)). (3.12)

Отсюда получим:

ρy в= 89,19 ∙ 273/(22,4 ∙ (273+94))=2,95 кг/м3;

ρy н= 90,94 ∙ 273/(22,4 ∙ (273+102))=2,96 кг/м3

Плотность физических смесей жидкостей подчиняется закону аддитивности:

ρсм = ρ1xоб + ρ2(1- xоб),

где xоб — объемная доля компонента в смеси.

В рассматриваемом задаче плотности жидких диоксана и толуола близки [7], поэтому можно принять ρx в = ρх н = ρх = 790 кг/м3.

Вязкость жидких смесей ц∙ находим по уравнению [8]:

lg μx=xср lg μx д + (1-xср) lg μx т, (3.13)

где μx д и μx т — вязкости жидких диоксана и толуола при температуре смеси [7].

Тогда вязкость жидкости в верхней и нижней частях колонны соответственно равна:

lg μx в=0,675 lg 0,22 + (1-0,675) lg 0,30,

lg μx н=0,235 lg 0,21 + (1-0,235) lg 0,27,

откуда μx в = 0,243 мПа∙с; μx н = 0,254 мПа∙с.

Предельная скорость паров в верхней части колонны:

;

откуда wпв=1,241 м/с.

Предельная скорость паров в нижней части колонны:

;

откуда wпн =1,172 м/с.

Примем рабочую скорость но 30% ниже предельной:

wв=1,241∙0,7=0,87 м/с; wн=1,172∙0,7=0,82 м/с.

Диаметр ректификационной колонны определим из уравнения расхода:

(3.14)

Отсюда диаметры верхней и нижней части колонны равны соответственно:

м; м.

Рационально принять стандартный диаметр обечайки d = l,2 м одинаковым для обеих частей колонны. При этом действительные рабочие скорости паров в колонне равны:

w в = 0,87(1,03/1,2)2 = 0,64 м/с; wн = 0,82 (1,07/1,2)2 = 0,65 м/с,

что составляет соответственно 52 и 55 % от предельных скоростей.

3.4 Высота слоя насадки и колонны

Высота ректификационной колонны насадочного типа находится из уравнения:

Нк=Ят+(т-1)ррвнкд (3.15)

где Z=5 м – высота насадки в одной секции; n – число секций; hр=1,215 – высота промежутков между секциями насадки, в которых устанавливают распределители жидкости, м: Zв= 1,2 м и Zн = 2 м – соответственно высота сепарационного пространства над насадкой и расстояние между днищем колонны и насадкой, Нк - высота крышки, Нд – высота днища.

n=(Hв + Hн)/Z, (3.16)

Hн =hэ н∙nт н Hв= hэ в∙nт в (3.17)

где Hв и Hн – высота слоя насадки в верхней и нижней частях колонны; hэ в и hэ н – эквивалентная высота насадки [8].

; (3.18)

где - критерий Рейнольдса [8]:

. (3.19)

Отношение L/G в верхней и нижней частях соответственно равны:

G/L=(R+1)/R=(6,1+1)/6,6=1,15;

G/L=(R+1)/(R+F)=(6,6+1)/(6,6+2,047)=0,88. (3.20)

Вязкость паров для верхней и нижней частей колонны:

μy в = M’в/(yв МД / μу Д + (1 - yв) МТ / μу Т);

μy н = M’н/(yн МД / μу Д + (1 – yн) МТ / μу Т), (3.21)

где

yв =(yD + yF)/2=(0,9+0,51)/2=0,705 кмоль / кмоль смеси;

yн=(yw + yF)/2=(0,02+0,51)/2=0,265 кмоль / кмоль смеси. (3.22)

μy в = 89,18/(0,705∙88 / 0,009 + (1 – 0,705) 92 / 0,0089)=0,009 мП∙с;

μy н = 90,94/(0,265∙88 / 0,009 + (1 – 0,265) 92 / 0,0089)=0,0089 мП∙с.

Тогда:

;

.

Для определения m – тангенса угла наклона равновесной линии для верхней и нижней частей колонны добавим линию тренда:

Рис. 3.3. Касательные к линии равновесия

Тогда для верхней и нижней частей колонны m соответственно равно 0,83 и 1,18. Следовательно:

м;

м.

Высота слоя насадки для верхней и нижней частей колонны равны:

Нв=20∙0,73=14,6 м и Нн=15∙0,65=9,75 м.

Н=14,6+9,75=24,35 м.

Примем Н=25 м, то n=25/5=5 секций, 3 в верхней части колонны и 2 в нижней. Конечная высота ректификационной колонны равна:

Нк=5∙5+(5-1)∙1,215+1,2+2+0,3+0,3=33,66 м. Для дальнейших расчётов примем HК=40 м.

3.5 Гидравлическое сопротивление насадки

Гидравлическое сопротивление насадки ΔР находят по уравнению

ΔР=10169 ∙ UΔРс. (3.23)

Гидравлическое сопротивление сухой неорошаемой насадки ΔРС рассчитывают по уравнению [1]:

, (3.24)

где λ—коэффициент сопротивления сухой насадки, зависящий от режима движения газа в насадке.

Критерий Рейнольдса для газа в верхней и нижней частях колонны соответственно равен:

;

. (3.25)

Следовательно, режим движения турбулентный.

Для турбулентного режима коэффициент сопротивления сухой насадки в виде беспорядочно засыпанных колец Рашига находят по уравнению

λ= 16/2. (3.26)

Для верхней и нижней частей колонны соответственно получим:

=16/49680,2 = 2,92; = 16/51200,2 = 2,90.

Гидравлическое сопротивление сухой насадки в верхней и нижней частях колонны равно:

Па;

Па.

Плотность орошения в верхней и нижней частях колонны определим по формулам:

Uв=Lв/(ρх0,785d2), Uн=Lв/(ρх0,785d2). (3.27)

Подставив численные значения, получим:

Uв=1,853/(790∙0,785∙1,22)=0,0021 м3/(м2∙с),

Uн=2,476/(790∙0,785∙1,22)=0,0028 м3/(м2∙с).

Гидравлическое сопротивление орошаемой насадки в верхней и нижней частях колонны:

ΔР=10169∙ 0,0021∙2545 = 5762 Па; ΔР=10169∙ 0,0028∙1744 = 5185 Па.

Общее гидравлическое сопротивление орошаемой насадки в колонне:

ΔР = ΔРв + ΔРн = 5762 + 5185 = 10947≈ 11 000 Па.

3.6 Тепловой расчет установки.

Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре-конденсаторе, находим по уравнению:

Qд=GD ∙ (1+R) ∙ rD, (3.28)

где rD-удельная теплота конденсации паров в дефлегматоре, кДж/кг.

rD=XD ∙ rд+(1-XD) ∙ rт , (3.29)

где rд –и rт –удельные теплоты конденсации диоксана и толуола при 94°С [8].

rд = 360 кДж/кг;

rт = 321 кДж/кг;

rD = 0,896 ∙ 360+(1 – 0,896) ∙ 321 = 356 кДж/кг;

Qд = 0,278 ∙ (1+6,6) ∙ 356 = 752 кВт.

Расход теплоты, получаемой в кубе-испарителе от греющего пара, находим по уравнению:

Qк= Qд+ GD ∙ СD ∙ tD+ GW ∙ СW ∙ tW – GF ∙ СF ∙ tF+Qпот, (3.30)

где Qпот приняты в размере 3% от полезно затрачиваемой теплоты; удельные теплоёмкости взяты соответственно при tD=94°С, tW=102°С, tF=96°С, температура кипения исходной смеси tF определена по t-x-y по диаграмме (рис.3.2).

СW = (0,54 ∙ 0,019 + 0,45 ∙ (1 - 0,019)) ∙ 4190 = 1893 Дж/(кг ∙ К);

СF = (0,53 ∙ 0,439 + 0,44 ∙ (1 - 0,439)) ∙ 4190 = 2009 Дж/(кг ∙ К);

CD = (0,52 ∙ 0,896 + 0,44 ∙ (1 - 0,896)) ∙ 4190 = 2144 Дж/(кг ∙ К).

CD, СW, СF-взяты из справочника [8].

Qк=(752000 + 0,278 ∙ 2144 ∙ 94 + 0,302 ∙ 1893 ∙ 102 – 0,58 ∙ 1893 ∙ 96) ∙ 1,03= = 760937 Вт ≈ 761кВт.

Расход теплоты в паровом подогревателе исходной смеси:

Q=1,05 ∙ GF ∙ СF ∙ (tF–tнач), (3.31)

где тепловые потери приняты в размере 5%, удельная теплоёмкость исходной смеси СF = (0,5∙ 0,439+0,42 ∙ (1-0,439)) ∙ 4190 = 1907 Дж/(кг ∙ К)

при t = (96+18)/2 =57 °С.

Q=1,05 ∙ 0,58 ∙ 1907 ∙ (96 – 18) = 90586 Вт.

Расход греющего пара, имеющего давление рабс=4 кгс/см2 и влажность 5%

а) в кубе испарителе:

Gгп=Q/(rгп ∙ X),

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Нужна помощь в написании работы?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Похожие рефераты: