Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

где М¢_В и М¢_Н - средние мольные массы паров в верхней и нижней частях колонны

М¢_В=М_A´ y_{ср в}+М_c´(1- y_{ср в})

М¢_Н=М _a´ y_{ср н}+М_c´(1- y_{ср н}) ,

где

Тогда

М¢_В=58´0.709+46´(1-0.709)=54.508 кг/кмоль

М¢_Н=58´0.238+46´(1-0.238)=48.856 кг/кмоль

Подставив численные значения, получим:

кг/c

кг/c

Скорость пара и диаметр колонны

Для ректификационных колон, работающих в плёночном режиме при атмосферном

давлении, рабочую скорость можно принять на 20-30% ниже скорости захлё-бывания.

Придельную фиктивную скорость пара, при которой происходит захлёбывание колонны находим по формуле:

[1,c 127]

Определим недостающие параметры:

a) По диаграмме t-x-y : для пара tн = 73.4°C tв = 61.1°C

для жидкости tн = 70.4°C tв = 60°С

б)Тогда

кг/м³

кг/м³

_a = 746 кг/м³

_c = 754 кг/м³

кг/м³

кг/м³

или

Вязкости :

lg_x = x_cplg_a + (1-x_cp)lg_c _a=0.23 мПа c _c=0.591 мПа с

_xв=0.326 мПа с _xн=0.447 мПа с

Для выбранной насадки, т.е. колец Рашига мм :

Удельная поверхность а = 87.5 м²/м³

Сбодный объём = 0.785 м³/м³

Насыпная плотность 530 кг/м³

Предельная скорость паров :

_пв = 2.24 м/с

Аналогично :

_пн = 2.00 м/с

Принемаем рабочую скорость на 30% ниже предельной :

_в = 1.57м/с

_н = 1.40 м/с

Ориентировочный диаметр колонны определяют из уравненную расхода:

Как правило, несмотря на разницу в рассчитанных диаметрах укрепляющей и исчерпывающей частей колонны (вследствие различия скоростей и расходов паров), изготовляют колонну единого диаметра, равного большему из рассчитанных.

м

м

Выберем стандартный диметр обечайки колонны из таблицы стандартных диаметров:

d_ст=1 м

При этом рабочая скорость пара :

Расчет высоты насадки

Решение графическое :

m - средний коэффициент распределения в условиях равновесия

m_cpв = 2.2369

m_cpв = 1.3736

Результаты вычисления площади криволинейной трапеции :

n_0в = 13.11

n_0н = 5.15

Общую высоту едениц переноса найдем по уравнению аддитивности :

Отношение нагрузок по пару и жидкости :

для верха

для низа

где

Высота едениц переноса в жидкой фазе :

Ф и с - коэффиценты, оприделяемые по зависимости от плотности орошения L_s и /_п [1, c129 ]

L_sв = 1.496 кг/м² ч

L_sн = 27366 кг/м² ч

Фв = 0.067 Фн = 0.075

/_п )_в = 50% с_н = 1.08 _в = 210

(/_п )_н = 53% с_н = 1.08 _н = 210

z - высота слоя насадки до 3 м

Pасчет коэффициента молекулярной диффузии в жидкой D_x и паровой D_y фазах.

Коэффициент диффузии в жидкости при средней температуре t (в ^°С) равен:

D_x =D_{x 20}´[1+b´(t-20)]

m_в(20 ⁰С)=0.322 мПа´с

m_н (20 ⁰С)=0.119мПа´с

Мольные объемы в жидком состоянии при температуре кипения:

V _a=59.2 см³/моль V_c=74 см³/моль

Коэффициент диффузии в жидкости D_{x 20} при 20 ° C:

[1, c129]

где А, В- коэффициенты, зависящие от свойств растворенного вещества и растворителя,

m_х- вязкость жидкости при 20 °С, мПа´с.

Тогда коэффициент диффузии в жидкости для верхней части колонны при 20 ⁰С равен:

Для нижней части колонны:

Температурный коэффициент b определяют по формуле:

где m_х и r_х принимают при температуре 20 ⁰С.

r_a= 791 кг/м³ r_c= 789 кг/м³

Тогда для верхней части колонны:

Для нижней части колонны:

Отсюда

D_x =D_{x 20}´[1+b´(t-20)] [1, c129]

Для верхней части колонны:

D_{х в}=5.31´10^-9´[1+0.0123´(60-20)]= 7.92´10^-9 м²/с

Для нижней части колонны:

D_{х н} =1.863´10^-9´[1+0.01606´(70.4-20)]= 6.04´10^-9 м²/с

Высота едениц переноса в паровой фазе :

[1, c129]

_yв = 0.0089 мПа с _yн = 0.0097 мПа с

_yв = 1.9884 кг/м³ _yн = 1.7189 кг/м³

Коэффициент диффузии в паровой фазе может быть вычислен по уравнению:

[1, c129]

где T - средняя температура в соответствующей части колонны, К; P - абсолютное давление в колонне, Па.

Тогда для верхней части колонны:

Для нижней части колонны:

_в = _а = 0.01875 H/м

_н = _c = 0.01903 H/м

м

м

м

м

м - 8 секций

м - 2 секции

H = 30.7 м - 10 cекций

Высоту ректификационной колонны определим по формуле

H_к =nz+( n - 1) ´ h_p + z_в + z_н, [1, c130]

где h - расстояние между тарелками, м; z_в и z_н - расстояние соответственно между
верхней тарелкой и крышкой колонны и между днищем колонны и нижней тарелкой, м. Выбор значении z_в и z_н производится по таблице. Подставив, получим:

м

Гидравлическое сопротивление насадки

[1, c130]

[ 1, c11]

Плотность орашения :

м³/м² с

м³/м² с

Полное гидравлическое сопротивление ректификационной колонны

Расчёт теплообменных аппаратов

Расчёт пластинчатого теплообменника - подогревателя

Выбрать тип, рассчитать и подобрать нормализованный конструкции пластинчатого теплообменника для подогрева G₂= F = 1.1389 кг / с органической жидкости от температуры t_2н=25°C до t_2к=65.6°C. При средней температуре t₂=0.5(25+65.6)=45.3°C ;c₂= 2632 Дж / кг´К.

Для подогрева использовать насыщенный водяной пар давлением 0.4 Мпа. Температура конденсации t₁=142.9°C. Характеристики конденсации при этой температуре:r₁=2141000 Дж /кг.

Тепловая нагрузка аппарата составит:

Q= 1.05´G₂´c₂´( t_2к - t_2н) = 1.05´1.1389´2632´(65.6-25) = 127787 Вт [3, c519]

Расход пара определим из уравнения теплового баланса:

кг/с [2, c349]

Средняя разность температур:

Коэффициенты теплопередачи в пластинчатых теплообменниках выше, чем их ориентировочные значения. Примем K_ор= 1250 Вт / м²´К. Тогда ориентировочное значение требуемой поверхности составит:

Теплообменник, поверхностью F = 1.5 м² , подходит с запасом D= 46.28 %.

Расчёт кожухотрубчатого конденсатора (дефлегматора)

Рассчитать и подобрать нормализованный вариант конструкции кожухотрубчатого конденсатора смеси паров органической жидкости и паров воды (дефлегматора) для конденсации G₁ = P = 1.59 кг / с паров. Удельная теплота конденсации смеси

r₁= 534300 Дж/кг, температура конденсации 56.6°С. Физико-химические свойства конденсата при температуре конденсации l₁= 0.162 Вт / м´ К; r₁= 748.8 кг / м³;

m₁= 0.0000251 Па´с. Тепло конденсации отводить водой с начальной температурой t_2н= 20 °С.

Примем температуру воды на выходе из конденсатора t_2к= 40°С.

c₂ =4190 Дж / кг´К

Тепловая нагрузка аппарата составит:

Q= G₁´r₁ = 1.59´534300 = 903943.3 Вт [2, c349]

Расход воды:

кг/с

Средняя разность температур:

Примем K_ор= 600 Вт / м²´К. Тогда ориентировочное значение требуемой поверхности составит:

Задаваясь числом Re₂= 15000, определим соотношение n /z для конденсатора из труб диаметром d_н= 20´2 мм:

,

где n - общее число труб;

z - число ходов по трубному пространству:

d - внутренний диаметр труб, м.

Уточнённый расчёт поверхности теплопередачи. В соответствии с табличными значениями соотношение n /z принимает наиболее близкое к заданному значению у конденсаторов с диаметром кожуха D = 400 мм, диаметром труб 20´2 мм, числом ходов z = 2 и общим числом труб n = 166.

n /z = 166 / 2 = 83.

Наиболее близкую к ориентировочной поверхность теплопередачи имеет нормализованный аппарат с длиной труб L = 6 м; F = 63 м² . Действительное число Re₂ равно:

Коэффициент теплоотдачи к воде определим по уравнению:

,

Вт / м²´ К;

Коэффициент теплоотдачи от пара компенсирующегося на пучке горизонтально расположенных труб, определим по уравнению:

Вт / м²´ К;

Сумма термических сопротивлений стенки труб из нержавеющей стали и загрязнения со стороны воды и пара равна:

Коэффициент теплопередачи:

Вт / м²´ К;

Требуемая поверхность теплопередачи:

Конденсатор с длиной труб 3 м и поверхностью 3.5 м² подходит с запасом:

Гидравлическое сопротивление Dр₂ рассчитывается по формуле:

Коэффициент трения по формуле равен:

Скорость воды в штуцерах:

Гидравлическое сопротивление:

Расчёт кожухотрубчатого испарителя

Рассчитать и подобрать нормализованный вариант конструкции кожухотрубчатого испарителя ректификационной колонны с получением G₂= W= 1.425 кг / с паров водного раствора органической жидкости. Кипящая при небольшом избыточном давлении и температуре t₂= 78°С жидкость имеет следующие физико-химические характеристики: r₂=737 кг/м³; m₂=0.000448 Па´с; s₂=17.5´10^-3 н/м; с₂=3218 Дж/кг´К; l₂=0.169 Вт/м´ К; r₂= 846240 Дж/кг. Плотность при атмосферном давлении r_по=1.6984 кг/м³, плотность паров над кипящей жидкостью r_п=1.6984 кг/м³.

В качестве теплоносителя использовать насыщенный водяной пар давлением 0.4 Мпа.

Удельная теплота конденсации r₁=2141000 Дж/кг, температура конденсации t₁=142.9°С.

Физико-химические характеристики конденсации при этой температуре:

r₁=926 кг / м³ ; m₁ = 0.000196 Па´с ; l₁= 0.685 Вт / м´К

Тепловая нагрузка аппарата:

Характеристики

Список файлов курсовой работы