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

Текст из файла (страница 5)

б) в нижней части колонны:

(2.37)

• Средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны:

а) в верхней части колонны:

(2.38)

б) в нижней части колонны:

(2.39)

• Определение средних мольных масс пара в верхней и нижней частях колонны: а) в верхней части колонны:

(2.40)

б) в нижней части колонны:

(2.41)

• Определение средней плотности пара в верхней и нижней частях колонны:

(2.42)

(2.43)

• Средняя плотность пара в колонне:

(2.44)

• Средняя плотность жидкости в колонне:

(2.45)

• Определение средней плотности жидкости в верхней и нижней частях колонны:

(2.46)

(2.47)

• Определение мольной массы исходной смеси и дистиллята:

(2.48)

(2.49)

• Расчет средних массовых расходов по жидкости для верхней и нижней частей колонны:

(2.50)

(2.51)

• Расчет средних массовых расходов пара для верхней и нижней частей колонны:

(2.52)

(2.53)

2.6. Определение скорости пара и диаметра колонны

Эффективность работы тарельчатых колонн в значительной степени зависит от скорости пара в свободном сечении колонны. Эта скорость зависит от физико-химических свойств взаимодействующих фаз (плотность, вязкость, поверхностное натяжение и др.) и конструктивных особенностей колонны. Оптимальная величина скорости может быть установлена в каждом отдельном случае только опытным путем. В общем случае предельно допустимая скорость пара в колонне должна быть несколько меньше скорости, соответствующей явлению «захлебывания» колонны, когда восходящий поток пара начинает препятствовать стеканию жидкости по тарелкам. В колоннах, работающих при атмосферном давлении, скорость пара обычно принимают 0.3–0.6 м/с; эта скорость непосредственно связана со скоростью в отверстиях тарелок, которую следует выбирать в пределах 2–6 м/с.

Скорость паров в колоннах может быть повышена при увеличении расстояния между тарелками или применении специальных устройств в виде отбойников, позволяющие уменьшить сепарационный объем между тарелками.

При больших скоростях происходит увеличение потоком пара жидкости с нижележащих тарелок на тарелки, лежащие выше, т.е. механический унос жидкости, и слияние отдельных пузырьков пара в струю, и в результате этого уменьшается поверхность контакта фаз и длительность контакта.

Расчет рабочей скорости пара в верхней и нижней частях колонны по уравнению:

а) в верхней части колонны:

(2.54)

б) в нижней части колонны:

(2.55)

где С – коэффициент, зависящий от конструкции тарелок, расстояния между тарелками, рабочего давления в колонне, нагрузки колонны по жидкости.

Рис. 2.19. Значения коэффициента С: А, Б – колпачковые тарелки с круглыми колпачками;В – ситчатые тарелки.

Диаметр колонны определяется по уравнению:

а) в верхней части колонны:

(2.56)

б) в нижней части колонны:

(2.57)

Скорость пара в колонне при стандартном диаметре:

а) в верхней части колонны:

(2.58)

б) в нижней части колонны:

(2.59)

Средняя скорость пара рассчитывается по формуле:

(2.60)

2.7. Гидравлическое сопротивление тарельчатых колонн

При конструировании тарельчатых колонн следует учитывать гидравлическое сопротивление, в результате которого возникает значительная разность давлений у основания и вершины колонны. Перепад давлений будет тем больше, чем больше число тарелок в колонне и чем выше уровень жидкости на каждой тарелке. Основные сопротивления прохождения паров возникают на входе и на выходе из паровых патрубков и через прорези колпачков (местные сопротивления). Следует также учитывать потери на преодоление гидростатического давления столба жидкости на каждой тарелке. Обычно сопротивление колпачковой тарелки составляет 25–50 мм водного столба в условиях работы при атмосферном давлении и несколько ниже при работе под вакуумом.

Гидравлическое сопротивление тарелок:

(2.61)

Гидравлическое сопротивление сухой тарелки в верхней и нижней частях колонны: а) в верхней части колонны:

(2.62)

б) в нижней части колонны:

, где (2.63)

ζ – коэффициент сопротивления, числовое значение которого можно принимать равным от 1.1 до 2.0;

ω₀ – скорость пара в отверстиях тарелки в .

Сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения:

, где (2.64)

σ – поверхностное натяжение в ;

d₀ – диаметр отверстий тарелки в .

Объемный расход жидкости в верхней и нижней частях колонны:

а) в верхней части колонны:

(2.65)

б) в нижней части колонны:

(2.66)

Высота слоя над сливной перегородкой в верхней и нижней частях колонны:

а) в верхней части колонны:

(2.67)

б) в нижней части колонны:

, где (2.68)

L_c – периметр слива;

κ=ρ_пж/ρ_Ж – отношение парожидкостного слоя к плотности жидкости, принимается равным 0.5

Высота парожидкостного слоя на тарелке в верхней и нижней частях колонны:

а) в верхней части колонны:

(2.69)

б) в нижней части колонны:

, где (2.70)

h_{пер –} высота переливного порога

Сопротивление парожидкостного слоя на тарелке в верхней и нижней частях колонны:

а) в верхней части колонны:

(2.71)

б) в нижней части колонны:

(2.72)

2.8. Расчет числа действительных тарелок графоаналитическим методом (построением кинетических линий)

Эффективность тарелки по Мэрфи:

(2.73)

(2.74)

(2.75)

, где (2.76)

E_y – локальная эффективность по пару;

e – межтарельчатый унос жидкости;

θ – доля байпасирующей жидкости;

S – число ячеек полного перемешивания;

m – коэффициент распределения компонента по фазам в условиях равновесия;

λ=m(R+1)R – фактор массопередачи для укрепляющей части;

λ=m(R+1)/(R+f) – фактор массопередачи для исчерпывающей части.

Локальная эффективность по пару:

, где (2.77)

– число единиц переноса по паровой фазе на тарелке (2.78)

– скорость пара в рабочем сечении тарелки (2.79)

– рабочее сечение тарелки

– коэффициент массопередачи (2.80)

β_xf, β_yf – коэффициенты массоотдачи, отнесенные к единице рабочей площади тарелки для жидкой и паровой фаз

(2.81)

(2.82)

Критерий Фруда:

а) в верхней части колонны:

(2.83)

б) в нижней части колонны:

(2.84)

Паросодержание барботажного слоя:

а) в верхней части колонны:

(2.85)

б) в нижней части колонны:

(2.86)

Высота светлого слоя жидкости:

(2.87)

Удельный расход жидкости на 1м ширины переливной перегородки для верхней и нижней частей колонны:

а) в верхней части колонны:

(2.88)

б) в нижней части колонны:

, где (2.89)

b – ширина переливного порога

Коэффициент диффузии в жидкости при средней температуре в верхней и нижней частях колонны:

а) в верхней части колонны:

(2.90)

б) в нижней части колонны:

(2.91)

Коэффициент диффузии в жидкости при температуре t=20⁰C в верхней и нижней частях колонны:

а) в верхней части колонны:

(2.92)

б) в нижней части колонны:

(2.93)

υ_Б, υ_Т – мольные объемы бензола и толуола, A=B=1 – коэффициенты.

Вязкость жидкости при t=20⁰С в верхней и нижней частей колонны:

а) в верхней части колонны:

(2.94)

б) в нижней части колонны:

(2.95)

Температурный коэффициент b для верхней и нижней частей колонны:

а) в верхней части колонны:

(2.96)

б) в нижней части колонны:

(2.97)

Коэффициент диффузии в паровой фазе при средней температуре в верхней и нижней частях колонны:

а) в верхней части колонны:

(2.98)

б) в нижней части колонны:

, где (2.99)

Р – давление в колонне

Плотность орошения для верхней и нижней частей колонны:

а) в верхней части колонны:

(2.100)

б) в нижней части колонны:

, где (2.101)

S – число ячеек полного перемешивания. При D_ст=1.8 м и b=0.289 м принимаем, что 1 ячейка перемешивания соответствует длине пути жидкости l₀=300–400 мм. Пусть l₀=350 мм, тогда длина пути жидкости:

(2.102)

3. Расчетная часть

Разделяемая смесь: бензол–толуол (Х_F=0.40). Нагрузка колонны по сырью – 10 т/час. Содержание низкокипящего компонента в дистилляте (Х_D=0.97), в кубовом остатке (Х_W=0.029). Контактный элемент – тарелка.

3.1. Материальный баланс колонны и рабочее флегмовое число

Согласно уравнениям материального баланса (2.14, 2.15, 2.16) выразим и рассчитаем расход дистиллята и кубового остатка:

;

Определим концентрации питания, дистиллята и кубового остатка в мольных долях в соответствии с формулами (2.17, 2.18, 2.19):

Питание:

Дистиллят:

Кубовый остаток:

Вычислим равновесные составы фаз для бензольно-толуольной смеси при атмосферном давлении, считая, что смесь характеризуется законом Рауля. Расчет представлен в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Парожидкостное равновесие системы бензол–толуол

Полученные данные наносим в виде кривых в координатах t–x,y и y*–x (см. рис. 3.20, 3.21).

Рис.3.20. Фазовая диаграмма t–x,y системы бензол–толуол.

Характеристики

Список файлов курсовой работы