Расчёт ректификационной колонны для разделения смеси уксусная кислота – бензол производительностью 9600 кг/ч

 

 

 

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

7

КП.-34675695-240100.62-2.20-11.01.ПЗ

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ОСНОВНОГО АППАРАТА

1.1. МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС

Обозначим весовой расход дистиллята через G_D [кг/ч], расход кубового остатка G_W  [кг/ч] и расход исходной смеси G_F [кг/ч]. Массовый расход дистиллята G_D и кубового остатка G_W определяем из уравнения материального баланса колонны по низкокипящему компоненту (по уксусной кислоте):

        

Проверяем:

                    

Для дальнейших расчетов необходимо концентрации питания, дистиллята и  кубового остатка выразить в молярных долях. Посчитаем молярные массы  веществ участников реакции:

М(CH₃COOH)=60,05 г/моль                  M(C₆H₆)=78 г/моль

   

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

8

КП.-34675695-240100.62-2.20-11.01.ПЗ

Питание: 

Дистиллят:

Кубовый остаток: 

Относительный мольный расход питания:

       

Определим минимальное число  флегмы:

 

     

 

 

 

 

 

 

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

9

КП.-34675695-240100.62-2.20-11.01.ПЗ

 

y^*=0,91

     

где  - мольная доля уксусной кислоты в паре, равновесном с жидкостью питания, определяется по диаграмме y^*-x

Рабочее число флегмы: R = 1,3·R_min + 0,3;  R = 1,3·0,373+ 0,3= 0,7849

Уравнение рабочих линий:

а) верхней (укрепляющей) части  колонны:

   

  у = 0,4397 + 0,5428

б) нижней (исчерпывающей) части  колонны:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

10

КП.-34675695-240100.62-2.20-11.01.ПЗ

; 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

11

КП.-34675695-240100.62-2.20-11.01.ПЗ

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ  ПАРА И ДИАМЕТРА КОЛОННЫ

Средние составы пара:

а) в верхней  части колонны:

;   

б) в нижней части  колонны:

   

Средние составы  пара находим по уравнениям рабочих  линий:

а) в верхней  части колонны:

= 0,665 + 0,314 = 0,665∙0,8605+0,314= 0,886

б) в нижней части колонны:

= 1,215 - 0,017 = 1,215 ·0,4513 – 0,017 = 0,531

Средние температуры пара определяем по диаграмме t-y,x:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

12

КП.-34675695-240100.62-2.20-11.01.ПЗ

 

а) при  = 0,886  = 102 ºС,

б) при  = 0,531     =  85 ºС.

Средние мольные массы  и плотности пара:

а) = ∙М_ук+(1- )∙М_б = 0,886·60,05 + (1-0,886) ·78 = 62,1 кг/кмоль

б) = ∙М_ук+(1- )∙М_б = 0,531·60,05+ (1-0,531)·78 =68,47 кг/кмоль

 

 

 

Средняя плотность пара в  колонне:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

13

КП.-34675695-240100.62-2.20-11.01.ПЗ

Температура вверху колонны при  х_D = 0,969  t = 102,6 ºС, а в кубе–испарителе при x_W = 0,1506  t = 81,6º С. Плотность уксусной кислоты при t = 102,6 ºС p_х=953,3 кг/м³, а бензола при t = 81.6 ºС - p_б = 813,2 кг/м³.

 

Расстояние между тарелками  h=300мм.

Определим скорость пара в  колонне по следующему уравнению:

     м/с

Объемный расход, проходящего  через колонну пара при средней  температуре в колонне:

;   ⁰C

;

М_D= кг/кмоль

 м³/с

Диаметр колонны:

      м

 

 

 

По каталогу-справочнику  принимаем D = 2000 мм

Тогда скорость пара в колонне  будет равна:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

14

КП.-34675695-240100.62-2.20-11.01.ПЗ

  ;   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

15

КП.-34675695-240100.62-2.20-11.01.ПЗ

3. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ  ТАРЕЛОК

Принимаем следующие значения ситчатой тарелки: диаметр отверстия d₀= 4 мм, высота сливной перегородки h_п = 40 мм, свободное сечение тарелки (суммарная площадь отверстий) 8% от общей площади тарелки. Площадь, занимаемая двумя сегментными переливными стаканами, составляет 20% от общей площади тарелки.

Рассчитаем гидравлическое сопротивление тарелки в верхней  и нижней части колонны:

Сопротивление пароожиженного слоя на тарелке:

а) Верхняя часть колонны.

Гидравлическое сопротивление  сухой тарелки: