Расчет ректификационной колонны

 

Интерполяцией значений определяем:

Плотность жидкого бензола  при  47 ⁰С   1215 кг/м³  

Плотность жидкого толуола  при  77 ⁰С   1471 кг/м³

Принимаем среднюю плотность  жидкости в колонне:

  кг/м³  (3.4)

3.5. Предельная скорость  паров в колонне

 

Определим скорость пара в  колонне по уравнению:

   (3.5)

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

плотности жидкости и пара, кг/м³.

По данным каталога-справочника  «Колонные аппараты» принимаем  расстояние между тарелками h=0,4 м. Для ситчатых тарелок по графику находим с = 0,057.

3.6. Диаметр колонны

 

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

где М_D – мольная масса дистиллята, G_D - расход дистиллята.

Диаметр колонны:

По каталогу-справочнику  «Колонные аппараты» выбираем D =800мм [1, стр 197].

 Тогда Действительная  скорость пара в колонне   будет:

 

 

 

5. Определение  числа тарелок и высоты колонны

Построим рабочие линии  и ступени изменения концентраций для верхней (укрепляющей) и нижней (исчерпывающей) частей колонны (рис.4) и находим число ступеней изменения  концентрации n_т. В верхней части колонны n^’_т 6, в нижней части n^’’_т 5, всего 11ступеней.

Число тарелок:     Для определения среднего к.п.д. тарелок η находим коэффициент относительной летучести разделяемых компонентов α = Рc/Р_ч и коэффициент динамической вязкости исходной смеси μ при средней температуре в колонне, равной 60^оС.

Р_с = 1350мм рт. ст.

Р_ч = 500 мм рт. ст.

µ_с = 0,25 сП = 0,25∙10^-3 Па∙с

µ_ч = 0,59 сП = 0,59∙10^-3 Па∙с

 

Принимаем динамический коэффициент  вязкости исходной смеси 

μ =  0,4 сП = 0,4∙10^-3 Па∙с

Тогда: α = 1350/500 = 2,7

αμ = 2,7∙0,4 = 1,08

По графику [9, Рис.7.4] зависимости  η – αμ находим η = 0,47

Длина пути жидкости на тарелке l_ж=0,93 (по тех. хар-ке выбранной тарелки)

По графику находится  значение поправки на длину пути ∆=0

Средний КПД тарелок определяется по уравнению:

 

Число тарелок:

в верхней части колонны: 

в нижней части колонны:  

Общее число тарелок n = 24.

высота тарельчатой части  колонны:  Н_Т = (n – 1) ∙ h = (24 – 1) ∙0,4 +3м = 12,2 м

 где h – расстояние между тарелками.

6. Тепловой расчет  установки

Расход тепла, отдаваемого  охлаждающей воде в дефлегматоре-конденсаторе:

Q_D = G_D (1 + R)∙r_D

Здесь:  ,

где r_c и r_ч – удельные теплоты конденсации сероуглерода и четыреххлористого углерода.

r_D = 0,9∙ 201,9+ (1 – 0,9) ∙344,4 = 216,14к Дж/кг

Расход тепла, получаемого  в кубе-испарителе от греющего пара:

Q_к = Q_D +G_DР∙c_D∙t_D + G_W∙c_W∙t_W – G_F∙c_F∙t_F + Q_пот 

Тепловые потери Q_пот принимаем в размере 3% от полезно затрачиваемого тепла; удельные теплоемкости взяты соответственно:

C_D =0,21 * 4190 ккал/кг * ^oC    при t_Р = 48^oC;

c_W = 0,25 * 4190 ккал/кг * ^oC    при t_W = 76^oC;

c_F = 0,24 * 4190 ккал/кг * ^oC    при t_F = 67^oC.

Температура кипения исходной  смеси t_F =89,4^оС определена по рисунку 2.

 

Расход тепла в паровом подогревателе исходной смеси:

Q = 1,05G_Fc_F(t_F – t_нач ),

Здесь тепловые потери приняты  в размере 5%, удельная теплоемкость исходной смеси 

с_F = 0,24*4190 = 1005,6 Дж/кг∙К взята при средней температуре .

 Вт

Расход тепла, отдаваемого  охлаждающей воде в водяном холодильнике дистиллята:

Q = G_D∙c_D∙(t_D – t_кон),

где с_D = 879,9 Дж/кг∙К – удельная теплоемкость дистиллята при средней температуре С.

 Вт

Расход тепла, отдаваемого  охлаждающей воде в водяном холодильнике кубового остатка:

Q = W∙c_W(t_W – t_кон),

где удельная теплоемкость кубового остатка с_W = 1916 Дж/кг∙К взята при средней температуре .

 Вт

Расход  греющего пара, имеющего давление р_абс = 4 атм и влажность 5%:

а) в кубе-испарителе

, кг/с

где r_r,n = 2141∙10³ Дж/кг – удельная теплота конденсации греющего пара.

б) в подогревателе исходной смеси

Всего 0,033 * 10^-3 + 0,0135*10-³ = 0,0465* 10^-3 кг/с или 0,167т/ч

 

Расход охлаждающей воды при нагреве ее на 20^оС:

а) в дефлегматоре

б) в водяном холодильнике дистилята

в) в водяном холодильнике кубового остатка

Всего 0,34 м³/с, или 0,00124 м³/ч

7. Расчет дефлегматора

1.Тепловая нагрузка аппарата

 

_{2 Расход  воды} 

3. Средняя разность температур

Из таблицы 2.1 [1] примем К  _ор = 600 Вт/М₂ К

F _ор=

Определим теплофизические  свойства конденсата при t_кон=66 ^ْC:

• λ =0.219Вт/(м^.К)
• μ=0,000446 мПа^.с
• ρ=757кг/м³

Определим теплофизические  свойства воды при t_ср=29 ^ْC:

• λ =0.616Вт/(м^.К)
• μ=0,00082 мПа^.с
• ρ=996кг/м³
• с=4180Дж/кгК

 

Пусть К_ор=600Вт/(м^2.К), тогда

Выбираем: стандартный двухходовый  дефлегматор 25^x2 с внутренним диаметром кожуха D=600 мм, числом труб n=56, длиной труб l=3м, проходным сечением одного хода S_т=1,0^.10^-2м, числом рядов труб n_р=8

м

Коэффициент теплоотдачи  к воде определим по уравнению 2.12 [1]

 Вт/(м^2.К),

Коэффициент теплоотдачи  от пара, конденсирующегося на пучке  вертикально расположенных труб, определим по уравнению 2.24 [1]

 Вт/(м^2.К),

 

Коэффициент теплопередачи

= 949,6

Требуемая поверхность теплопередачи

F =

Как видно из таблицы 4.12 [9]конденсатор  с длинной труб 3 м и поверхностью13 м² подходит с запасом:

Исходя из сделанных расчетов выбираем: стандартный двухходовый дефлегматор 25^x2 с внутренним диаметром кожуха D=600 мм, числом труб n=56, длиной труб l=3м, проходным сечением одного хода S_т=1,0^.10^-2м, числом рядов труб n_р=8

 

Список литературы

1. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию / под ред. Дытнерского Ю.И. — М.: Химия, 1991. - 496 с.
2. О.А. Тишин, И.С. Мокрецова Методические указания по курсовому проектированию по дисциплине «Процессы и аппараты химических производств» Волгоград, 2001. – 20с.
3. Н.И. Гальперин «Основные процессы и аппараты химической технологии» М. Химия, 1981. – 810с.
4. В.Б. Коган «Равновесия между жидкостью и паром» справочник М. Наука 1966г. 2т.
5. И.А. Иоффе «Проектирование процессов и аппаратов химической технологии» Л. Химия 1991г. –  352с.
6. И.А. Александров  «Ректификационные и абсорбционные аппараты» М. Химия 1978г. –  277с.
7. Каталог «Колонные аппараты» 1978. –  310с.
8. А.Н.Плановский, В.М.Рамм, С.З.Каган, Процессы и аппараты химической технологии, М. Госхимиздат, 1962. –  846с.
9. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие. Л.: Химия, 1987. – 576с.