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 колонны

Для 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 тарелки

dp = 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 колонны

Определение 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   │

├───────┼────────┼───────┼───────┼───────┼──

еще рефераты
Еще работы по химии