Реферат: Реактификационная установка непрерывного действия для разделения бинарной смеси изопропанол-изобутанол производительностью 10 тонн/час
КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО
ВЫСШЕМУИ СРЕДНЕМУ СПЕЦИАЛЬНОМУ ОБРАЗОВАНИЮ
РОССИЙСКИЙОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ
ХИМИКО — ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА
КАФЕДРАПРОЦЕССОВ И АППАРАТОВ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯЗАПИСКА
к курсовомупроекту по процессам и аппаратам на тему:
BРектификационнаяустановка непрерывного действия
Bдляразделения бинарной смеси изопропанол-изобутанол
Bпроизводительностью10 тонн/час
ПРОЕКТИРОВАЛ СТУДЕНТ МАКСИМОВ М.В. ГРУППА О-44
РУКОВОДИТЕЛЬ ПРОЕКТА КУРНОСОВ М.А.
ПРОЕКТ ЗАЩИЩЕН С ОЦЕНКОЙ ____________________________
КОМИССИЯ:
______________________________________________
______________________________________________
______________________________________________
B1 Оглавление
2 Введение................................................2
3 Описаниетехнологической схемы. .........................3
4 Физико — химические свойства ............................4
5Технологический расчет ..................................9
5.1Материальный баланс колонны и рабочее флегмовое число..9
5.2 Скоростьпара и диаметр колонны .......................11
5.3Гидравлическое сопротивление тарелки ..................13
5.4 Высота игидравлическое сопротивление колонны .........13
5.5 Выборматериалов. .....................................15
6 Расчет иподбор вспомогательного оборудования ...........15
6.1 Расчеткипятильника ...................................15
6.2 Расчетдефлегматора ...................................18
6.3 Расчетподогревателя исходной смеси ...................20
6.4 Расчетхолодильника дистиллята. .......................22
6.5 Расчетхолодильника кубового остатка. .................24
6.6 Расчетизоляции колонны ...............................27
7 Расчет напрочность. ....................................28
7.1 Основныеобозначения ..................................28
7.2 Расчеттолщины обечаек. ...............................28
7.3 Расчеттолщины днища и крышки. ........................28
7.4 Трубы,штуцера и фланцы. ..............................29
7.4.0 Питающаяемкость — подогреватель исходной смеси. ....29
7.4.1Подогреватель исходной смеси — колонна ..............30
7.4.2 Колонна- кипятильник ...............................30
7.4.3 Колонна- холодильник кубового остатка ..............31
7.4.4 Колонна- дефлегматор ...............................31
7.4.5Кипятильник — колонна ...............................31
7.4.6Распределитель — колонна ............................31
7.4.7Распределитель — холодильник дистиллата .............32
7.4.6Холодильник дистиллата — емкость ....................32
7.4.8Холодильник кубового остатка — емкость ..............32
7.4.8 Пароваямагистраль — подогреватель исходной смеси ...32
7.4.9 Пароваямагистраль — кипятильник ....................32
7.4.10Подогреватель исходной смеси — водяная магистраль ..33
7.4.11Кипятильник — водяная магистраль ...................33
7.4.12 Водянаямагистраль-дефлегматор-водяная магистраль ..33
7.4.13 Водянаямагистраль-холодильник-водяная магистраль ..34
7.4.14 Емкостипродуктов — насосы .........................34
7.4.15 Насосы- склад .....................................34
7.5 Выбор насосов.........................................35
7.5.1 Насос Н1Питающая емкость — колонна .................35
7.5.2 Насос Н2Колонна — холодильник кубового остатка .....36
7.6 Опорыаппаратов. ......................................37
7.7 Емкости...............................................38
8 Заключение..............................................39
Литература................................................40
<span Courier New";mso-fareast-font-family: Batang;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:KO;mso-bidi-language:AR-SA">B2 Введение
Ректификация — массобменный процесс разделения жидкой смеси на
компоненты путем противоточного взаимодействия потоковпара и жид-
кости. Этот процесс включает переходы вещества из жидкойфазы в па-
ровую и из паровой в жидкую и в большинстве случаевосуществляется в
противоточных колонных аппаратах с различными контактнымиэлементами.
В настоящеевремя процесс ректификации широко распространен в
химической технологии и применяется для полученияразнообразных про-
дуктов в чистом виде. Однако при разделениичувствительных к повы-
шенной температуре веществ, при извлечении ценных продуктов или
вредных примесей из сильно разбавленных расстворов,разделении сме-
сей близкокипящих компонентов в ряде случаев может оказаться более
целесообразным применение экстракции.
В нашемслучае, разброс температур кипения разделяемых компо-
нентов, их устойчивость при этих температурах, а также отсутствие
необходимости в полном разделении позволяютиспользовать ректифика-
цию.
Большоеразнообразие тарельчатых контактных устройств затруд-
няет выбор оптимальной конструкции тарелки. При этомнаряду с общи-
ми требованиями (высокая интенсивность единицы объемааппарата, низ-
кая стоимость аппарата и др.) ряд требований можетопределяться спе-
цификой производства: большим интервалом устойчивойработы при изме-
нении нагрузок по фазам, способностью тарелок работать всреде заг-
рязненных жидкостей, возможности защиты от коррозии ит.п. Часто эти
качества становятся определяющими при выбореконкретного типа кон-
струкции для использования в каждом конкретном процессе.
В нашем случаекоррозия незначительна, загрязнений почти нет,
жидкости однородны - возможно использование колпачковых тарелок.
Остается расчитать и подобрать нормализованные узлы аппаратуры для
изготовления ректификационной колонны, нормализованныетеплообменни-
ки, стандартную трубную арматуру, емкости и т.д.
<span Courier New";mso-fareast-font-family: Batang;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:KO;mso-bidi-language:AR-SA">B3 Описаниетехнологической схемы.
Исходная смесьиз емкости Е1 насосом подается сначала в подог-
реватель исходной смеси, где нагревается дотемпературы кипения, а
затем в колонну где происходит разделение. Кубовый остаток самоте-
ком поступает в испаритель, а затем в виде пара поступает снова в
колонну, под нижнюю тарелку. Нагрев в подогревателе и испарителе
осуществляется насыщенным водяным паром, отводящимся затем в виде
конденсата. На тарелках в колонне происходят непрерывные процессы
испарения и конденсации, в результате которых ипроисходит разделе-
ние.
Смесь спреимущественным содержанием низкокипящего компонента
(дистиллят) в виде пара выходит сверху колонны, поступаетв дефлег-
матор, где и охлаждается до полной конденсации. Затемодна часть ее
в виде флегмы возвращается в колонну, а другая часть в колличестве
5000 кг/ч поступает в холодильник дистиллята, гдеохлаждается до 25
°С. После охлаждения дистиллят поступает в емкость Е3,откуда насо-
сом Н4 перекачивается на склад.
Кубовыйостаток в колличестве 5000 кг/с насосом Н2 перекачи-
вается в холодильник кубового остатка, где охлаждается до25°С. Пос-
ле охлаждения кубовый остаток поступает в емкостьЕ2, откуда насо-
сом Н3 перекачивается на склад.
Емкостиисходной смеси и конечных продуктов расчитаны на 2 — 8
часов непрерывной работы. Что составляет объемсоответственно 25-100
м3 для емкости Е1 и 12-50 м3 для емкостей Е2 и Е3.
Охлождение вовсех случаях ведется оборотной водой, поступающей
с магистрали в трубное пространоство холодильников, азатем в кана-
лизацию.
<span Courier New";mso-fareast-font-family: Batang;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:KO;mso-bidi-language:AR-SA">B4 Основныефизико-химические свойства перерабатываемых веществ
Bи получаемыхпродуктов.
Таблица 1. Зависимость физико-химических свойств оттемпературы
┌────────────────────────┬─────────────────────────────────────────┐
│ │ Температура С │
│ ├─────┬─────┬─────┬─────┬─────┬─────┬─────┤
│Параметры │ 0 │ 20 │ 40 │ 60 │ 80 │ 100 │ 120 │
├────────────────────────┴─────┴─────┴─────┴─────┴─────┴─────┴─────┤
│Изопропанол │
├────────────────────────┬─────┬─────┬─────┬─────┬─────┬─────┬─────┤
│Плотность [кг/м3]│ 801│ 785│ 768│ 752│ 735│ 718│ 700│
├────────────────────────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤
│Вязкость [мПа*с]│ 4.60│ 2.39│ 1.33│ 3.26│0.80│ 0.38│ 0.29│
├────────────────────────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤
│Теплоемкость [Дж/кг*К]│ 2363│ 2661│ 2958│ 3256│3549│ 3842│ 4136│
├────────────────────────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤
│Теплопроводность[Вт/м*К]│0.153│0.151│0.147│0.144│0.141│0.137│0.134│
├────────────────────────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤
│Пов.Натяжение*1000 [н/м]│ 24.5│22.6│ 20.9│ 19.3│ 17.6│ 15.7│ 14.0│
├────────────────────────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤
│Коэффициент объемного │ │ │ │ │ │ │ │
│расширения*1000 [1/K]│ 1.01│ 1.05│ 1.08│ 1.12│ 1.16│1.20│ 1.27│
├────────────────────────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤
│dHисп [KДж/кг]│774.4│749.3│724.2│699.1│669.8│636.3│602.8│
├────────────────────────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤
│Давление пара [КПа]│ 1.2│ 4.3│ 14.1│ 38.5│92.3│194.7│372.0│
├────────────────────────┴─────┴─────┴─────┴─────┴─────┴─────┴─────┤
│Изобутанол │
├────────────────────────┬─────┬─────┬─────┬─────┬─────┬─────┬─────┤
│Плотность [кг/м3]│ 817│ 803│ 788│ 774│ 759│ 742│ 728│
├────────────────────────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤
│Вязкость [мПа*с]│ 7.0│ 4.1│ 2.4 │ 1.48│ 1.0│ 0.7│ 0.5│
├────────────────────────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤
│Теплоемкость [Дж/кг*К]│ 2053│ 2346│ 2640│ 2933│3268│ 3561│ 3855│
├────────────────────────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤
│Теплопроводность[Вт/м*К]│0.144│0.142│0.138│0.135│0.131│0.128│0.125│
├────────────────────────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤
│Пов.Натяжение*1000 [н/м]│ 26.2│24.6│ 22.9│ 21.2│ 19.5│ 17.8│ 16.0│
├────────────────────────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤
│Коэффициент объемного │ │ │ │ │ │ │ │
│расширения*1000 [1/K]│ 0.85│ 0.88│ 0.91│ 0.95│ 0.99│1.05│ 1.12│
├────────────────────────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤
│dHисп [KДж/кг]│ 681│ 664│ 643│ 625│ 604│ 587│ 540│
├────────────────────────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤
│Давление пара [КПа]│ │ 0.6│ 2.5│ 8.0│ 22.7│60.0│160.0│
└────────────────────────┴─────┴─────┴─────┴─────┴─────┴─────┴─────┘
Данные в таблице из приложений в [2] и [3] и химическойэнциклопедии
<span Courier New";mso-fareast-font-family: Batang;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:KO;mso-bidi-language:AR-SA">Таблица 2 Cистемаизопропанол — изобутанол [4]
┌─────────┬─────────┬──────────┬──────────┬──────────┐
│ Х │ Y │ t │ Гамма1 │ Гамма2 │
├─────────┼─────────┼──────────┼──────────┼──────────┤
│ 0.00 │ 00.00 │ 108.1 │ │ │
│ 4.65 │ 11.20 │ 106.2 │ 1.02 │ 1.00 │
│ 11.55 │ 25.10 │ 103.4 │ 1.01 │ 1.01 │
│ 21.85 │ 42.70 │ 99.9 │ 1.02 │ 1.00 │
│ 23.05 │ 44.10 │ 99.4 │ 1.02 │ 1.01 │
│ 34.55 │ 58.45 │ 95.8 │ 1.02 │ 1.02 │
│ 38.70 │ 62.90 │ 94.9 │ 1.01 │ 1.00 │
│ 44.10 │ 67.70 │ 93.7 │ 1.00 │ 1.00 │
│ 54.55 │ 75.80 │ 90.9 │ 1.01 │ 1.03 │
│ 63.80 │ 82.45 │ 88.7 │ 1.02 │ 1.04 │
│ 74.50 │ 88.75 │ 86.9 │ 1.00 │ 1.01 │
│ 82.75 │ 92.95 │ 85.4 │ 1.00 │ 1.00 │
│ 94.85 │ 98.05 │ 83.2 │ 1.01 │ 1.02 │
│ 100.00 │ 100.00 │ 82.4 │ │ │
└─────────┴─────────┴──────────┴──────────┴──────────┘
B5Технологический расчет ректификационной колонны непрерывного
<span Courier New";mso-fareast-font-family: Batang;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:KO;mso-bidi-language:AR-SA">Bдействия.
<span Courier New";mso-fareast-font-family:Batang; mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:KO;mso-bidi-language:AR-SA">[1]
5.1Материальный баланс колонны и рабочее флегмовое число.Производительность колонны по дистилляту Р и кубовомуостатку W оп-
ределяем из материального баланса колонны:
F = P + W
F*x'(f) = P*x'(p) + W*x'(w)
W = F*(x'(p)-x'(f))/(x'(p)-x'(w))
W = 10000*(0.95-0.50)/(0.95-0.05) = 5000 кг/ч или 1.3889кг/с
P = F — W = 10000-5000 = 5000 кг/ч или 1.3889 кг/с
Расчет мольных долей компонентов в смеси
М1 = 60.096 КГ/КМОЛЬ — изопропанол
М2 = 74.123 КГ/КМОЛЬ — изобутанол
x(i) =x'(i)/M1/(x'(i)/M1+(1-x'(i))/M2)
x(f) = 0.50/60.096/(0.50/60.096+0.50/74.123)=0.552254
x(p) = 0.95/60.096/(0.95/60.096+0.05/74.123)=0.959075
x(w) = 0.05/60.096/(0.05/60.096+0.95/74.123)=0.060959
Нагрузки ректификационной колонны по пару и жидкости определяются
рабочим флегмовым числом R, его оптимальное значение Rоптможно най-
ти путем технико-экономического расчета, используяприближенные вы-
числения основанные на определении коэффициента избыткафлегмы (оро-
шения) в = R/Rmin. Для этого находим минимальноепроизведение N(R+1)
пропорциональное объему ректификационной колонны (N — числотеорети-
ческих тарелок, определяющее высоту колонны, а R+1 — расход паров, и
следовательно, сечение колонны).
Rmin = (x(p)-y~(f))/((y~(f)-x(f))
Rmin = (0.9592254-0.763054)/(0.763054-0.552254) = 0.93
┌─────┬──────┬──────┬────────┬─────┬──────┬──────┬─────────┐
│в │R │N │N(R+1) │в │R │N │N(R+1) │
├─────┼──────┼──────┼────────┼─────┼──────┼──────┼─────────┤
│1.076│1.0009│16.693│33.40119│1.542│1.4337│10.698│26.03575│
│1.116│1.0377│15.206│30.98661│1.581│1.4705│10.503│25.94700│
│1.136│1.0561│14.756│30.34009│1.611│1.4981│10.355│25.86845│
│1.155│1.0745│14.358│29.78725│1.616│1.5027│10.338│25.85303│
│1.203│1.1160│13.475│28.51304│1.626│1.5119│10.279│25.82015│
│1.228│1.1344│13.145│28.05646│1.636│1.5211│10.227│25.78356│
│1.237│1.1436│12.993│27.85331│1.646│1.5303│10.173│25.74266│
│1.246│1.1528│12.906│27.78414│1.664│1.5441│10.091│25.67426│
│1.255│1.1620│12.823│27.72433│@1.675│1.5580│10.011│25.60751*│
│1.269│1.1804│12.665│27.61655│1.685│1.5672│9.976│25.61147 │
│1.289│1.1988│12.407│27.28147│1.737│1.6086│9.853│25.70312 │
│1.324│1.2311│11.954│26.67192│1.735│1.6132│9.841│25.71647 │
│1.353│1.2587│11.744│26.52716│1.755│1.6270│9.803│25.75300 │
│1.457│1.3554│11.027│25.97313│1.764│1.6408│9.766│25.79084 │
│1.507│1.4014│10.839│26.00787│1.804│1.6777│9.671│25.89577 │
└─────┴──────┴──────┴────────┴─────────────────────────────┘
Определение Ropt см График зависимости N(R+1) и N от R.
Средние массовые расходы по жидкости L и пара G для нижней и верх-
ней частей колонны, определяют по соотношению:
Lв = PRMв/Mp
Lн = PRMн/Mp + FMн/Mf
xв = (x(f)+x(p))/2 = (0.552254+0.959075)/2=0.7557кмоль/кмоль смеси
xн = (x(f)+x(w))/2 = (0.552254+0.060959)/2=0.3066кмоль/кмоль смеси
Mв = M1*xв+M2(1-xв) =0.7557*60.096+(1-0.7557)*74.123=63.52 кг/кмоль
Mн = M1*xн+M2(1-xн) =0.3066*60.096+(1-0.3066)*74.123=69.82 кг/кмоль
Mp =x(p)*M1 + (1-x(p))*M2
Mf =x(f)*M1 + (1-x(f))*M2
Mw =x(w)*M1 + (1-x(w))*M2
Mp =0.959075*60.096+(1-0.959075)*74.123=60.67 кг/кмоль
Mf =0.552254*60.096+(1-0.552254)*74.123=66.38 кг/кмоль
Mw =0.060959*60.096+(1-0.060959)*74.123=73.28 кг/кмоль
Lв = 5000*1.558*63.52/3600/60.67 = 2.2655 кг/с
Lн =5000*1.558*69.82/3600/60.67+10000*69.82/3600/66.38=5.4120 кг/с
Gв = P(R+1)Mв(пар)/Мр
Gн = P(R+1)Mн(пар)/Мр
ув = (у(f)+у(p))/2 = (0.714803+0.959075)/2=0.837кмоль/кмоль смеси
ун = (у(f)+у(w))/2 = (0.714803+0.060959)/2=0.388кмоль/кмоль смеси
Mв(пар) = M1*ув + M2(1-ув)
Mн(пар) = M1*ун + M2(1-ун)
Mв(пар) = 0.837*60.096+(1-0.837)*74.123 = 62.383 кг/кмоль
Mн(пар) = 0.388*60.096+(1-0.388)*74.123 = 68.682 кг/кмоль
Gв = 5000*(1+1.558)*62.383/3600/60.67 = 3.6531 кг/с
Gн = 5000*(1+1.558)*68.682/3600/60.67 = 4.0220 кг/с
G = (Gв + Gн)/2 = (3.6531+4.0220)/2 = 3.8376 кг/с
Мi — средняя молярная масса для i части колонны
xi/yi — средний мольный состав для i части колонны пожидкости/газу
<span Courier New";mso-fareast-font-family:Batang; mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:KO;mso-bidi-language:AR-SA">[1]
5.2Скорость пара и диаметр колонныДля колпачковых тарелок придельно допустимуюскорость можно расчи-
тать по уравнению 5.35 из [1]
w = [0.0155/dк2/3]*(px/py*hк)1/2
dк — диаметр колпачка
hк — растояние от верхней части колпачка до следующейтарелки
Для жидкостей
t(f) = 90.72 С
t(w) = 105.59 С
t(p) = 83.03 C
tв = (t(f)+t(p))/2 = (90.72+83.03)/2 = 86.875 C
tн = (t(f)+t(w))/2 = (90.72+105.59)/2 = 98.155 C
x'в = (x'(f)+x'(p))/2 = (0.50+0.95)/2 = 0.725 кг/кг смеси
x'н = (x'(f)+x'(w))/2 = (0.50+0.05)/2 = 0.275 кг/кг смеси
px(в) = 735.6 кг/м3
pх(н) = 737 кг/м3
p(f) = 737.9 кг/м3
p(w) = 736.8 кг/м3
p(p) = 733.6 кг/м3
dНисп = x'dНисп(1)+(1-x')*dНисп(2)
dНисп(f) = 623.4 КДж/кг
dНисп(w) = 624.3 КДж/кг
dНисп(p) = 661.6 КДж/кг
Для паров
tн = (t(f)+t(w))/2 = (96.45+107.12)/2 = 101.785 C
tв = (t(f)+t(p))/2 = (96.45+84.13)/2 = 90.29 C
py(в) = Mв(пар)*To/(22.4*(To+tв)
py(н) = Mн(пар)*To/(22.4*(To+tн)
py(в) = 62.383*273/(22.4*(273.15+90.29)) = 2.092 кг/м3
py(н) = 68.682*273/(22.4*(273.15+101.785)) = 2.233 кг/м3
ру(р) = 60.67*273/(22.4*(273.15+84.13)) = 2.070 кг/м3
ру(f) = 66.38*273/(22.4*(273.15+96.45)) = 2.189 кг/м3
ру(w) = 73.28*273/(22.4*(273.15+107.2)) = 2.348 кг/м3
Vy(в) = Gв/py(в) = 3.6531/2.092 = 1.747 м3/c
Vy(н) = Gн/py(н) = 4.0220/2.233 = 1.801 м3/c
Vy =(1.801+1.747)/2 = 1.774 м3/c
tср = ((tв+tн)пар+(tв+tн)жидкость)/4 средняя по колонне
tср = (98.155+86.875+101.785+90.29)/4 = 94.28 C
tхср= (tв+tн)жидкость/2 = (98.155+86.875)/2 = 92.52
tyср= (tв+tн)пар/2 = (101.785+90.29)/2 = 96.04 C
w = [0.0155/dk2/3]*sqrt(px/py*(Hмт-Н1))
wв = 0.0155/0.08**(2/3)*sqrt(735.6/2.092*(0.3-0.07)) =0.751 м/с
wн = 0.0155/0.08**(2/3)*sqrt(737/2.233*(0.3-0.07)) =0.727 м/с
dв = sqrt(4*Gв/(3.1415*wв*py(в)))
dн = sqrt(4*Gн/(3.1415*wн*py(н)))
dв = sqrt(4*3.6531/(3.1415*0.751*2.092)) = 1.72 м
dн = sqrt(4*4.0220/(3.1415*0.727*2.233)) = 1.78 м
Выбираем стандартный диаметр обечайки колонны 1.8 м.При этом при-
дельная скорость пара:
w = (wв+wн)/2*(d/dст)¤ = (0.751+0.727)/2*sqr(1.78/1.8) =0.723 м/с
<span Courier New";mso-fareast-font-family: Batang;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:KO;mso-bidi-language:AR-SA">По каталогу из приложения 5.2 [1] для колонны с диаметром 1800 мм
выбираем колпачковую тарелку ТСК-Р со следующимихарактеристиками:
┌─────────────────────────────────────────┬───────────┬────┬────────┐
│параметры │обозначение│ед │ │
├─────────────────────────────────────────┼───────────┼────┼────────┤
│Диаметр колонны │ D │ м │ 1.8 │
│Свободное сечение колонны │ │ м¤ │ 2.54 │
│Длина линии барботажа │ L │ м │ 25.88 │
│Рабочая площадь тарелки │ │ м¤ │ 1.86 │
│Периметр слива │ Lc │ м │ 1.419 │
│Сечение перелива │ │ м¤ │ 0.334 │
│Свободное сечение тарелки │ Sт │ м¤ │ 0.252 │
│Относительная площадь для прохода паров │ Fc │ % │ 9.92 │
│Масса │m │ кг │ 176 │
│Растояние между тарелками │ Нмт │ м │ 0.6 │
│ │ │ │ │
│УКРЕПЛЯЮЩАЯ ЧАСТЬ КОЛОННЫ │ │ │ │
│ │ │ │ │
│Общее число колпачков │ │ │ 117 │
│Число рядов колпачков │ │ │ 10 │
│ │ │ │ │
│ИСЧЕРПЫВАЮЩАЯ ЧАСТЬ КОЛОННЫ │ │ │ │
│ │ │ │ │
│Общее число колпачков │ │ │ 84 │
│Число рядов колпачков │ │ │ 8 │
│ │ │ │ │
│Шаг между колпачками │ │ мм │ 140 │
│Наружный диаметр колпачка │ d │ мм │ 100 │
│Исполнение колпачка │ │ │ 2 │
│Высота прорези │ │ мм │ 15 │
│ │ Н1 │ мм│ 70 │
│ │ h │ мм│ 30 │
│ │ k │ мм │ 0-10 │
│ │ hд │ мм│ 5-40 │
└─────────────────────────────────────────┴───────────┴────┴────────┘
w(раб) = 0.8*w(придел) = 0.8*0.723 = 0.58 м/с по колонне
wo' = sqrt(px*g*h/q/py) — скорость рабочего режима
wo' = sqrt(736.3/2.163*9.81/5*0.015) = 3.165 м/с
w' = Fc*wo' =0.0107*4.476 = 0.479 м/с < 0.58 м/с (рабочей скорости)
wo = w(раб)/Fc =0.58/0.0992 = 5.85 м/с (в рабочем сечении)
px = (px(в)+px(н))/2 = (735.6+737)/2 = 736.3 кг/м3
py = (py(в)+py(н))/2 = (2.092+2.233)/2 = 2.1625 кг/м3
По графику 17-20 стр 624 [2] выбираем Нмт = 0.4 метра
q — коэффициент сопротивления = 5 для колпачковыхтарелок.
h — высота прорези колпачка
<span Courier New";mso-fareast-font-family:Batang; mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:KO;mso-bidi-language:AR-SA">[1]
5.3Гидравлическое сопротивление тарелкиdp = dp1 + dp2 + dp3 [2] ур. 17.23
dp — гидравлическое сопротивление тарелки
dp1 — сопротивление cухой тарелки
dp2 — сопротивление столба жидкости на тарелке
dp3 — сопротивление, обусловленное поверхностнымнатяжением жидкости
r — отношениеплотности пены к плотности чистой жидкости ( 0.5 )
б — поверхностноенатяжение
dp1 = q*py*wo¤/2 = 5*2.163*sqr(5.42)/2 = 159 Па
dh =(Vx/(1.85*Lc*r))2/3 = (G/(px*1.85*Lc*r))2/3
dh =(3.8376/(736.3*1.85*1.419*0.5))**(2/3) = 0.025 м
dp2 = 1.3*g*r*px*(hд+0.5*h+dh)
dp2 = 1.3*9.81*0.5*736.3*(0.03+0.5*0.015+0.025) = 293.5Па
dp3 = 4б/dэкв = 4б/(4*b*l/(2*(b+l)))
dp3 = 4*0.016/(4*0.008*0.015/(2*(0.008+0.015))) = 6.1 Па
dp = 159+293.5+6=458.5 Па dp(ж) = dp2+dp3 = 293.5+6 = 299.5 Па
<span Courier New";mso-fareast-font-family:Batang; mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:KO;mso-bidi-language:AR-SA">[1]
5.4Высота и гидравлическое сопротивление колонныОпределение средней эффективности тарелок для процессаректификации.
tcp = 94.28 C
tхcp = 92.52 С
tyср = 96.04 C
x(tхcp) = 0.4867
y~(tхcp) = 0.7133
acp = y~*(1-x)/(x*(1-y~) — относительная летучесть
acp = 0.7133*(1-0.4867)/(0.4867*(1-0.7133)) = 2.624
мю(92.52) = ln(мю1)*xf + ln(мю2)*(1-xf)
мю(92.52) = exp(ln(0.43)*0.5523+ln(0.83)*(1-0.5523)) =0.61 мПа*с
Dy = [4.3e-7*T3/2]/[p*(va1/3+vb1/3)¤]*sqrt(1/Ma+1/Mb) 16.25 [2]
Dy = 0.00000638 м¤/с
или по другой формуле (P — давление [МПа])
Dy = 1.013e-8*T1.75/(P*(va1/3+vb1/3)¤]*sqrt(1/Ma+1/Mb)
Dy = 0.00000640 м¤/с
va = 3*14.8+8*3.7+9.9 = 83.9 табл 6.3 [3]
vb = 4*14.8+10*3.7+9.9 = 106.1
Dx' =1e-6/[2.65*sqrt(мю)(va1/3+vb1/3)¤]**sqrt(1/Ma+1/Mb) 16.26 [2]
Dx' = 1.01*10-9 м¤/с
Dx = Dx'*(1+b*(t-20)) = 1.01e-9*(1+0.0335*(92.5-20)) =3.46*10-9 м¤/с
b = 0.2*sqrt(мю)/p1/3 = 0.2*sqrt(2.39)/(785**(1/3))=0.0335
М1 = 60.096 кг/кмоль М2 = 74.123 кг/кмоль
Так как acp*мю = 2.624*0.61 = 1.6, то из графика на рис3.9 [1] сле-
дует, что ориентировочное значение средней эффективноститарелок для
данного процесса КПД = 0.43
Число действительных тарелок в колонне может бытьопределено графоа-
налитическим методом (построением кинетической линии). Для этого
необходимо расчитать общую эффективность массопередачи на тарелке
(КПД по Мерфри). Высоту колонны определяем по [2]
Ey = 1 — exp(-noy) noy =Kyf*M(пар)/(wо*ру)
Е — эффективность тарелки
m — коэффициентраспределения компонентов по фазам при равновесии
noy — общее числоединиц переноса по паровой фазе
E = 1 — exp(-noy) 1/noy = 1/ny + m/l*1/nx
Re = wdp/мю = 0.58*1*2.1663/0.0000097=129531
ny = Dy/w*(0.79*Re+110000)*T/273*Sт/S ур 19-23 [2]
nx = 38000*Sт/Vx*Dx*(Pr)0.62 ур 19-24 [2]
ny =6.39e-6/0.58*(0.79*129531+11000)*(92.5+273)/273*1.8575/2.5447
ny = 1.22
nxв = 38000*1.8575/0.00308*3.46e-9*240**0.62=2.371
nxн = 38000*1.8575/0.00734*3.46e-9*240**0.62=0.995
Vxв = Lв/px(в) = 2.2655/735.6 = 0.00308 м3/с
Vxн = Lн/pх(н) = 5.4120/737 = 0.00734 м3/с
Pr' = мю/px/Dx = 0.00061/736.3/3.46e-9 = 240
lв = R/(R+1) = 1.56/2.56 = 0.61
lн = (R+F/P)/(R+1) = (1.56+10000/5000)/2.56 = 1.39
yk = yp + Ey*(y~-yp) из ур 6.43 [1]
┌───────┬────────┬───────┬───────┬───────┬───────┬───────┬───────┐
│ x │ m │ l │ noy │ E │ Y~ │ Yp │ Yk │
├───────┼────────┼───────┼───────┼───────┼──