p align="left"> Па.с Па.с Определим плотности жидкости по формуле: , где плотности ацетона, четыреххлористого углерода соответственно. а) для нижней части колонны: кг/м3 кг/м3 кг/м3 б) для верхней части колонны: кг/м3 кг/м3 кг/м3 Определим вязкость смеси жидкости для нижней и верхней части колонны по формуле: , где вязкости ацетона, четыреххлористого углерода соответственно. мПа.с мПа.с мПа.с мПа.с Па.с Па.с Поверхностное натяжение смеси жидкостей в верхней и нижней части колонны определим по формуле: , где поверхностное натяжение ацетона, четыреххлористого углерода соответственно. Н/м Н/м Н/м Н/м м/Н Н/м м/Н Н/м Находим мольные и массовые расходы жидкости в нижней и верхней части колонны: кмоль/с кг/кмоль кг/с кг/с кмоль/с кг/кмоль кг/с кг/с 2.1.4 Расчет теплового баланса установки Тепловой баланс ректификационной колонны выражается общим уравнением: где QK - тепловая нагрузка куба; QD -количество теплоты, передаваемой от пара к воде; Qпот - тепловые потери (5%); -теплоёмкости соответствующие дистилляту, кубовому остатку и исходной смеси; - температуры соответствующие дистилляту, кубовому остатку и исходной смеси(находим из диаграммы «Зависимость температуры от равновесных составов пара и жидкости» приложение 1): , , . Найдем удельную теплоту конденсации паров дистиллята по аддитивной формуле: кДж/кг где - теплоты испарения ацетона и четыреххлористого углерода при температуре дистиллята , . , где исходные данные: A1 =72.18; t 1кр=235.1; A2=25.64; t2кр=283.4 ; . Определим тепловую нагрузку дефлегматора по формуле: кВт Определим теплоёмкости смеси: Для ацетона(1): c0=2.11кДж/(кгК); с1=0.0028 кДж/(кгК); Для четыреххлористого углерода (2): c0=0.85кДж/(кгК); с1=0.00037 кДж/(кгК); , Тогда: 2.2 Гидравлический расчет насадочной колонны аппарата бор рабочей скорости паров обусловлен многими факторами и обычно осуществляется путем технико-экономического расчета для каждого конкретного процесса. Для ректификационных колонн, работающих в пленочном режиме при атмосферном давление, рабочую скорость можно принять на 20% ниже скорости захлёбывания: (26) где - скорость захлебывания пара, м/с; - удельная поверхность насадки, м2/м3; Vсв - свободный объём насадки, м3/м3; мж - динамический коэффициент вязкости жидкости, мПа•с; и - массовые расходы жидкой и паровой фаз, кг/с; и - плотность пара и жидкости соответственно, кг/м3. Выбираем в качестве насадки - стальные кольца Рашига: Кольца Рашига 25 мм: в: н: Тогда рабочая скорость в верхней и нижней части колонны равна: По рабочей скорости определяем диаметр колонны: , где объемный расход пара при рабочих условиях в колонне, м3/с. ; ; Выбираем стандартный аппарат с диаметром 2.2 м, с кольцами Рашига диаметром 25мм и уточняем рабочую скорость по формуле: Плотность орошения для верхней и нижней части колонны определяют по формуле: , где U - плотность орошения, м3/(м2.с); - объемный расход жидкости, м3/с; S - площадь поперечного сечения колонны, м2. , где D - диаметр колонны, м. так как плотность орошения меньше допустимых значений, то необходимо выбрать кольца Рашига с меньшим диаметром. Кольца Рашига 50 мм: в: н: Тогда рабочая скорость в верхней и нижней части колонны равна: По рабочей скорости определяем диаметр колонны: , где объемный расход пара при рабочих условиях в колонне, м3/с. ; ; Выбираем стандартный аппарат с диаметром 2 м, с кольцами Рашига диаметром 50мм и уточняем рабочую скорость по формуле: Плотность орошения для верхней и нижней части колонны определяют по формуле: , где U - плотность орошения, м3/(м2.с); - объемный расход жидкости, м3/с; S - площадь поперечного сечения колонны, м2. , где D - диаметр колонны, м. Так как плотность орошения удовлетворяет допустимым значениям, то в дальнейших расчетах используем кольца Рашига диаметром 50 мм. Активную поверхность насадки находят по формуле: , где U - плотность орошения, м3/(м2.с); - удельная поверхность насадки, м2 /м3; p, q - постоянные, зависящие от типа и размера насадки. Для выбранных колец Рашига с диаметром 50 мм: p=0.024, q=0.012. Определим активную поверхность насадки в нижней и верхней части колонны: Одной из важных характеристик аппарата является гидравлическое сопротивление насадки, который зависит от режима движения пара (газа). Для расчета необходимо определить число Рейнольдса: , где - вязкость пара. Определяем значения числа Рейнольдса для нижней и верхней части колонны: Определяем коэффициент сопротивления для верхней и нижней части колонны: Так как число Reп>40, то Определяем гидравлическое сопротивление для верхней и нижней части колонны: , где H=1 м - высота слоя. Па/м Па/м , где b- коэффициент, для колец Рашига 50 мм: b= 47.10-3. =375.61 Па/м =1093.32Па/м 2.3 Расчет высоты колонны Определим коэффициент диффузии газа для нижней и верней части колонны по формуле: , где T - температура газа, К; p- давления газа, кгс/см2; MA,MB- мольные массы газов A и B; vA,vB- мольный объемы газов А и В, определяемые, как сумма атомных объемов элементов, входящих в состав газа. Пусть А - ацетон (МА=58 кг/кмоль); В- четыреххлористый углерод (МВ=154кг/кмоль). см3/атом см3/атом м2/с; м2/с; Определим коэффициент диффузии в разбавленных растворах для верхней и нижней части колонны: , где М - мольная масса растворителя; v- мольный объем диффундирующего вещества; T -температура, К; - динамический коэффициент вязкости растворителя, мПа.с; - параметр, учитывающий ассоциацию молекул растворителя (А=В=1). Пусть А растворяется в В (В- растворитель): м2/с; м2/с. Пусть В растворяется в А (А- растворитель): м2/с; м2/с. Определим коэффициент диффузии смеси жидкостей для верхней и нижней части колонны по формуле: м2/с; м2/с. По диаграмме «Равновесное состояние жидкости и пара» определяем коэффициенты распределения нижней и верхней частей колонны: Через xн, xв определяем углы б и в соответственно (приложение 2). Определяем число единиц переноса графическим методом интегрирования для нижней и верхней части колонны: yw=xw=0.06 yD=xD=0.8 |
x | y* | y | y*-y | .102 | | 6.00 8.70 17.9 26.4 37.4 45.1 48.00 52.55 56.90 69.6 76.2 80.0 | 20.25 27.10 40.75 48.95 56.55 61.25 63.00 65.50 70.65 75.60 79.85 82.00 | 6.00 10.0 21.0 31.5 42.5 54.0 56.9 61.0 66.5 72.0 77.0 80.0 | 14.25 17.10 19.75 17.45 14.05 7.25 6.10 4.50 4.15 3.60 2.85 2.00 | 7.02 5.84 5.06 5.73 7.12 13.79 16.39 22.22 24.01 27.78 35.09 50.00 | | |
По данным таблицы строим график зависимости и определяем площадь под графиком с помощью метода трапеций для нижней и верхней части колонны, равную числу единиц переноса (приложение 4): n0yн=3.029 n0yв=5.51 Определим высоту единиц переноса с помощью сведущих формул: а) критерий Рейнольдса для пара и жидкости в верхней и нижней части колонны: б) критерий Прандтля для пара и жидкости в верхней и нижней части колонны: в) приведенная толщина жидкой пленки для верхней и нижней части колонны: г) высота единиц переноса в газовой фазе для верхней и нижней части колонны: м м д) высота единиц переноса в жидкой фазе для верхней и нижней части колонны: м м Тогда высота единиц переноса равна: м м Определим высоту слоя насадки по формуле: Тогда общую высоту аппарата определим по формуле: 2.4 Ориентировочный расчет теплообменников Произведем ориентировочные расчеты пяти теплообменников: куба-испарителя, подогревателя, дефлегматора и двух холодильников (дистиллята и кубового остатка). 2.4.1 Куб-испаритель Исходные данные: Qk=3924.32кВт, tw=71ъC Дt=tгп-tw Пусть Дt=30ъC, тогда: tгп= Дt+ tw=101ъC, при tгп= 101ъC, pгп=1.0728кгс/см2, rгп=2257.6 кДж/кг пусть коэффициент теплопередачи Кор=800Вт/(м2.К) Определим поверхность теплообмена по формуле: м2 По ориентировочной поверхности теплообмена выбираем стандартный куб-испаритель с внутренним диаметром кожуха D=1000 мм, числом труб n=747, с поверхностью теплообмена F=176 м2 и длиной труб l=3м. 2.4.2 Подогреватель Исходные данные: кг/с, xF=0.48, tF=58.4 ъC, tнач=20 ъC, . Определим среднюю температуру: Дtм=tгп-tF=101-58.4=42.6 ъC Дtб=tгп-tнач=101-20=81 ъC ъC tср=tгп- Дtср=41.23 ъC Определим вязкость смеси: мПа.с мПа.с мПа.с Определим теплоемкость смеси: Определим количество теплоты в подогревателе: Вт Пусть Кор=300Вт/(м2.К), тогда м2 м м 0.01161<Sтр<0.0232 Исходя из сделанных расчетов можем выбрать стандартный четырехходовой подогреватель с внутренним диаметром кожуха D=600 мм, числом труб n=334, длиной труб l=3м, проходным сечением одного хода Sт=1.6.10-2м и числом рядов труб nр=18. Определим расход греющего пара по формуле: кмоль/с 2.4.3 Дефлегматор Исходные данные: QD=3703,486 кВт, tD=56 ъC, tвнач=15 ъC, tвкон=40 ъC Определим среднюю температуру:
Страницы: 1, 2, 3
|