Определение скорости пара и диаметра колонны

Средняя концентрация жидкости в верхней части колонны:

х^/_ср= 0,5411

Cредняя концентрация жидкости в нижней части колонны:

х^//_ср=0,0695

Средняя концентрация пара в верхней части колонны

y^/= 0,6728*0.5411+0,3109

y^/= 0,6749

Средняя концентрация пара в нижней части колонны

y^//=3,1456*0,0695+0,0152

y^//=0,2338

Определяем среднюю температуру пара:

y^/_ср=t^/_ср=79^oC

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2017 658 180206 001 000 КП

y^//_ср=t^//_ср=92^oC

Средняя молярная масса:

M^/_ср= y^/_ср*M_н.к.+(1- y^/_ср)*M_в.к.

M^/_ср=31,0858+0,3251*18,01

M^/_ср=36,94

M^//_ср= y^//_ср*M_н.к.+(1- y^//_ср)*M_в.к

M^//_ср=0,2338*46,06+(1-0,2338)*18,01

M^//_ср=24,5680

Средняя плотность пара для верхней части колонны:

где ρ^/_ср- средняя плотность пара в верхней части колонны

ρ ^//_ср - средняя плотность пара в нижней части колонны

ρ ^/_ср=1,27 кг/м³

Плотность пара в нижней части колонны

ρ ^//_ср=0.8203 кг/м³

Находим среднюю плотность пара в колонне:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2017 658 180206 001 000 КП

ρ _n= 1.045 кг/м³

Находим температуру флегмы и кубовой жидкости по диаграмме t-x(y) при x_d и x_w:

По справочным данным определяем плотность веществ при их температуре кипения:

ρ _н.к.=789 кг/м³

ρ _в.к.=961 кг/м³

Средняя плотность жидкости в колонне:

ρ _ж.ср=875 кг/м³

Находим скорость пара в колонне:

где c – коэффициент зависящий от конструкции тарелок, расстояние между нами, давление и нагрузка колонны по жидкости.

Коэффициент с находится:

c=[0,1*K₁*K₂* - K₃*(q-35)]

H-межтарельчатое расстояние (0,3-0,4),м, Принимаем Н=0,35

Q – линейная плотность орошения, т.е. отношение объемного расхода к периметру слива. Принимаем q=15.

K - длинна сливной планки

K₁=1

K₂=1

K₃=0,34*10^-3

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2017 658 180206 001 000 КП

c=[0,1*1,1*1*0,35-(0,34*10^-3)*(15-35)]

c=0,0418

Находим скорость пара в колонне:

ɷ= 1,157м/c

Объемный расход пара в колонне:

P₀=1,033 атм.

P=1 атм.

T_cp=85,5

G_d-массовый расход дистиллята.

G_d =1,7702 кг/с

M_d= x_d*M_н.к.+(1- x_d)*M_в.к.

M_d =43,75+0,90

M_d =39,37 моль

V=

V=0,9958

Вычисляем диаметр колонны:

где V- объемный расход пара в колонне

D=

D=

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2017 658 180206 001 000 КП

D=1,096

Из каталога «колонные аппараты» выбираем ближайший больший стандартный диаметр колонны.

Принимаем диаметр колонны 1 м.

Где ɷ-скорость пара в колонне

Определяем число тарелок и высоту колонны:

где n - примерное число тарелок, определяемое по графику x(y)

n^/-для верха колонны

n^//-для низа колонны

n^/=3

n^//=10

Действительное число тарелок:

где η- Коэффициент полезного действия тарелок

принимаем η для верхней части колонны-0,5

η для нижней части колонны-0,5

n_д= n^// η

n^/_д=3/0,5

n^/_д=6

n^//_д =n^// η

n^//_д = 10/0,5

n^//_д =20

n_д=6+20

n_д=26

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2017 658 180206 001 000 КП

Вычисляем действительно число тарелок в верхней и нижней частях колонны с запасом 15%

n_д=1.15*26=30

Вычесляем номер питательной тарелки

n_п=3*1,15=3

значит тарелка питания имеет номер 3

Высота тарельчатой части колонны:

где H- межтарельчатое расстояние

H=0,35

H_т=( n_д-1)*H

H_т=(30-1)*0,35

H_т=8,7 м

Общая высота колонны:

где h₁-высота зоны над верхней тарелкой, необходимая для монтажа штуцера-распределителя жидкости и сепарации потоков

h₁=1,1 м

h₂-высота зоны сепарации сырьевого пара жидкостного потока

h₂=1,1 м

h₃-высота зоны под нижней тарелкой

h₃=1,1 м

H_к= H_т+ h₁+ h₂+ h₃

H_к= 8,7+1,1+1,1+1,1

H_к=12

Определяем диаметр штуцеров:

Поток жидкости при движении самотеком. В пределах (0,1-0,5) м/с для флегмы

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2017 658 180206 001 000 КП

Расчет штуцеров:

Поток жидкости в напорных тарелках питания, в пределах (1,5-2,5) м/c для исходной смеси

Для газов при атмосферном давлении, в приделах (20-40) м/c выходящей из колонны паров

Для парожидкостной смеси выходящей из кипятильника, в приделах (20-40) м/с

Диаметр штуцера для выхода кубовой жидкости из колонны:

где W- массовый расход кубового остатка

d=

d=

d=0,150 м

Принимаем стандартный диаметр штуцера 125 мм

Диаметра штуцера для входа флегмы:
R-рабочее флегмовое число

D- массовый расход дистиллята

Φ=R*D

d=

d=

d=

d=0,137

Принимаем 125 мм

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2017 658 180206 001 000 КП

Диаметр штуцера для выхода паров из колонны

d=

d=

d=0,500

Принимаем 500мм

Штуцер для ввода в колонну питания: где F- массовый расход сырья

d=

d=

d=0,114

Принимаем 125 мм

Диаметр штуцера для выхода из куба в кипятильник:

d=

d=

d=0,161

Принимаем 150 мм

Штуцер для парожидкостной смеси:

d=

ρ= (ρ_н.к+ ρ_п)/2

ρ=394.91

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2017 658 180206 001 000 КП

d=

d=0,240

Принимаем 250 мм

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2017 658 180206 001 000 КП

2.3 Гидравлический расчёт колонны.

4.4.1. Гидравлическое сопротивление тарелки равно сумме потерь напора на сухой тарелке и в слое жидкости:

, Па

1. Сопротивление сухой колпачковой тарелки:

ω0 – скорость пара в отверстии:

=12,85 м/с

где f – доля свободного сечения тарелки, для колпачковых тарелок с диаметром

D = 1000 мм принимаем f = 0,05;

– средняя плотность пара в верхней части колонны.

=1,045 , кг/м3

Па

2. Сопротивление слоя жидкости

= *g*hn

 

=875*9,81*0,04

P_общ=437,376+343,35

P=7807

Суммарное сопротивление всех тарелок

P= n₁* + *n₁

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2017 658 180206 001 000 КП

P=10*437.37+3*343,35= 4370 + 1029

P=5399 Па

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2017 658 180206 001 000 КП

2.4 Тепловой расчёт

1.Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре – конденсаторе:

r-теплота конденсации паров,Дж/кг

2. Расход теплоты, получаемой кубовой жидкостью от греющего пара в кипятильник:

 

3.Расход тепла в паровом подогревателе питания

,Вт

С_F– принята при средней температуре =

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2017 658 180206 001 000 КП

=2725

=4182

t_нач – температура до подогревателя, принимаемая равной 18°С

4. Расход тепла, отдаваемого дистиллятом воде в холодильнике:

– принята при средней температуре =

=2675

=4180

t_кон – температура после холодильника, принимаемая равной 25°С.

5. Расход тепла принимаем водой от кубического остатка в холодильнике:

C_W = t⁰ после холодильника, примем 25⁰ С

C_W= X_w* C_{НК +} (1- X_w)*С_ВК

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2017 658 180206 001 000 КП

C_W= 0.018_* 2784+0.982*4180

C_W=4154.8

= 1473569

6.Расход греющего пара С р 4 атм и степенью сухости X=95%

1) В кипятильнике

, кг/c

r_rn = 2141*10³ Дж/кг

2) В подогревателе питания

, кг/c

Всего пара G=Grn+Grn=2,411+0,944=3,355

 

7. Расход охлаждающей воды при нагреве 20⁰ C

1) в дефлегматоре

, кг/c

Cв - теплоёмкость воды при 20⁰ C= 4190 Дж/кг*К

 

Gd=55,875

2) Холод. дистиллята

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2017 658 180206 001 000 КП

Gв=3,048

3) В холодильнике кубового остатка

 

Gв=17,584

 

 

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2017 658 180206 001 000 КП

Заключение

Рассчитали ректификационную колонну для разделения смеси этанол - вода подаваемый расход 6 кг/с, необходима колонна с диаметром D=1000 мм, высота тарельчатой части колонны 8.7 м,

общее гидравлическое сопротивление 5399 Па с колпачковыми тарелками, количество которых 30 штук,

расстояние между тарелками - 300мм .

Общая высота колонны – 12 м.

Диаметр штуцера выхода кубовой жидкости из колонны – 150 мм

Диаметр штуцера для входа флегмы – 125 мм

Диаметр штуцера для выхода паров из колонны – 500 мм

Диаметр штуцера для ввода в колонне питания сырья – 125 мм

Диаметр для выходы жидкости из куба в кипятильник – 150 мм

Диаметр штуцера для пара жидкостей смеси из кипятильника – 250 мм

Тарелка питания по счёту - 3

Материал для изготовления колонны - углеродистая сталь ВСт3сп.

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2017 658 180206 001 000 КП

Список использованной литературы

1. Коган В.Б., Фридман В.М., Кафаров В.В. Равновесие между жидкостью и паром. Справочник. Кн. 1-2. 640-786с

2. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А., Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии- Л.: Химия, 1987

3. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии- М.: Химия, 1971

4. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию /Под ред. Ю.И.Дытнерского.- М.: Химия, 1983

5. Типовые колонные аппараты. Каталог М.: Информационно-издательский отдел, 1957.

6. Вредные вещества в промышленности/ Под.ред.Лазарева Н.В. Справочник. .Органические вещества. Л.: Химия.1976.-538с.

7. Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии. - Л.: Химия, 1991. - 352с.

8. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - Л.: Химия, 2006. - 576с.

9. Плановский А.Н., Рамм В.М., Каган С.З. Процессы и аппараты химической технологии. М.: Госхимиздат, 1962. - 546 с.

10. Электронный ресурс - http://spetsmashservis. narod.ru/katalog_kolon.htm