Расчет контактных устройств

 

Равновесные данные (1, с. 167):

х
у			24,3		51,2	59,4	66,5		79,5	86,3	93,2
t	80,1	78,3	76,4	72,6	69,6	66,7	64,3	62,4	60,7	59,6	58,8	56,1

1)По равновесным данным строим диаграмму у=f(х) и t=f(х,у) для смеси ацетон-бензол.

2)Пересчитываем известные концентрации а₀, а₁, а₂ в х₀, х₁, х₂.

М₁ = 58 кг/кмоль (2, с. 541, табл. XLIV)

 

М₂ = 78 кг/кмоль (2, с. 541, табл. XLIV)

а₁ = 33% масс.

а₂ = 94% масс.

а₀ = 3,5% масс.

3)Расчет минимального флегмового числа:

По диаграмме у-х:

4)Расчет рабочего флегмового числа:

5)Расчет отрезка «b» для построения рабочей линии укрепляющей части колонны:

6)Построение рабочей линии на диаграмме y-x и определении числа теоретических тарелок:

7)Расчет КПД тарелок:

По диаграмме t-x,y:

При этой температуре давление насыщенных паров компонентов (2, с. 565, рис. XIV)

P^в_ац = 900 mmHg

P^в_б = 400 mmHg

P^н_ац = 1400 mmHg

P^н_б = 600 mmHg

Коэффициент относительной летучести:

Вязкость жидкой смеси:

Вязкость компонентов смеси (2, с. 516, табл. IX):

Определяем КПД тарелок по диаграмме (2, с. 323, рис. 7.4):

8)Расчета числа действительных тарелок:

n^y = 18/0,56 = 34

n^o = 5/0,5 = 10

n^общ = 34+10 = 44

Расчет потоков дистиллята и кубового остатка

По правилу рычага второго рода:

П(а₂ – а₀) = w₁(a₁ – a₀)

w₁ = 4200 кг/ч = 1,167 кг/с

П = w₁(a₁ – a₀)/ (а₂ – а₀)=1,167(0,33-0,035)/(0,94-0,035) = 0,380 кг/с

По правилу рычага второго рода:

w₀ (а₂ – а₀) = w₁(a₂ – a₁)

w₀ = w₁(a₂ – a₁)/ (а₂ – а₀) = 1,167(0,94-0,33)/(0,94-0,035) = 0,787 кг/с

Проверка:

П + w_{0 =}w₁

0,380 + 0,787 = 1,167

ρ_ац = 723 кг/м³ (2, с. 512, табл. IV)

ρ_б = 817 кг/м³ (2, с. 512, табл. IV)

ρ_ац = 737 кг/м³ (2, с. 512, табл. IV)

ρ_б = 829 кг/м³ (2, с. 512, табл. IV)

ρ_ац = 748 кг/м³ (2, с. 512, табл. IV)

ρ_б = 842 кг/м³ (2, с. 512, табл. IV)

Определение геометрических размеров колонны

H_т = (n-1) h_т = (44-1) 0,3 = 14,1 м

Расстояние между тарелками принимаем равным 0,3 м, с=0,03 (3, с. 1033)

Объем паровой фазы:

Принимаем ближайший больший диаметр (ГОСТ 21944-76):

D = 1400 мм

Пересчет скорости пара:

Расчет гидравлического сопротивления колонны

 

Гидравлическое сопротивление одной тарелки:

Δp = Δp_c + Δp_σ + Δp_ж [Па], где

1)Δp_c – потеря напора пара на преодоление местных сопротивлений на сухой тарелке.

Δp_c = ξρ_пw₀²/2

ξ = 4,5 (6, с. 25) – для колпачковых тарелок.

Для верхней части колонны:

Δp_c^в =

Для нижней части колонны:

Δp_c^н =

2) Δp_σ – сопротивление, вызываемое силами поверхностного натяжения.

Δp_σ = 4σ/d_э, где

d_э = 0,012 мм (7, с. 27)

σ^в = 23,8 дин/см (2, с. 526, табл. XXIV)

σ^н = 16,8 дин/см (2, с. 526, табл. XXIV)

Δp_σ^в =

Δp_σ ^н=

3) Δp_ж – статическое сопротивление слоя жидкости на тарелке.

Δp_ж = K_Аh_жρ_жg, где

K_А = 0,65 – коэффициент фэрации жидкости или относительная плотность парожидкостной смеси (6, с. 26)

h_ж = h_w + h_wo – высота слоя жидкости на тарелке, где

h_w – 0,05 м (6, с. 26) высота перегородки

h_wo = 0,0029w_в^2/3 м – напор жидкости надо сливной перегородкой

w_в = w_R/B – [м/м³ч] плотность орошения через сливную планку

В = 960 мм – (5, с. 618, табл. 24.11) длинна сливной перегородки

Для верха колонны:

w_R = ПR/ρ_ж = 3600∙0,380∙2,38/753 = 4,32 м³/ч

w_в = 4,32/0,96 = 4,50 м/м³ч

h_wo = 0,0029∙4,5^2/3 = 0,00790 м

h_ж = h_w+h_wo = 0,05+0,00790 = 0,0579 м

Δp_ж = 0,65∙0,0579∙753∙9,81 = 191,5 Па

Для низа колонны:

w_R = ПR+w₁/ρ_ж = 3600∙(0,380∙2,38+1,167)/796 = 9,17 м³/ч

w_в = 9,17/0,96 = 9,55 м/м³ч

h_wo = 0,0029∙9,55^2/3 = 0,01305 м

h_ж = h_w+h_wo = 0,05+0,01305 = 0,0631 м

Δp_ж = 0,65∙0,0631∙796∙9,81 = 245 Па

 

Полное гидравлическое сопротивление одной тарелки для верха колонны:

Δp^в = 1,951 + 7,93 + 191,5 = 201 Па

Для низа колонны:

Δp^н = 2,73 + 5,59 + 245 = 253 Па

Полное гидравлическое сопротивление колонны:

Δp = Δp^вn^в + Δp^нn^н=

Расчет тепловой аппаратуры