Проектирование ректификационной установки непрерывного действия для разделения смеси ацетон - уксусная кислота, производительностью 6,0 кг/с по дистилляту

Подождите немного. Документ загружается.

0.755

=0.704

1.073

Ì ÀÕÍ

 

Как видно:

0.4 0.704 0.9

k  

0.4 0.608 0.9

k  

, т.е. условие выполняется для обеих

частей колонны.

Выберем высоту сливной планки

0.02( )

ñï

h ì

и рассчитаем высоту светлого слоя жидкости

по формуле:

0.21 0.56 0.09

0.787 [1 0.31 exp( 0.11 )] ( / )

ñï Ð X â

h q h w

  

         

где

0.05 4.6 0.042

ñï

m h   

;

 



поверхностные натяжения смеси и воды при

средних температурах в ВЧК и НЧК (для смеси см. прил. 2, для воды [2, с. 10]), мН/м;





динамический коэффициент вязкости смеси, мПа∙с(см. прил. 2)

для ВЧК:

0.21 0.56 0.0423 0.09

0.787 ( 0.02 0.818 [1 0.31 exp( 0.11 0.293)] (20.3 / 60.861) 0.0173.564 0 ( )1 )

h ì

 

           

для НЧК:

0.21 0.56 0.042 0.09

0.787 ( 0.02 0.844 [1 0.31 exp( 0.11 0.262)] (18.96 / 58.25) 08.222 10 ) .02( )

h ì



           

Высота газожидкостного (барботажного) слоя рассчитывается по уравнению:

ÃÆ







,где



 



газосодержание барботажного слоя;

g h

 



критерий Фруда, где

g 

ускорение свободного падения, м

/с.

Перейдём к расчёту:

Для ВЧК:

0.818

3.964

9.81 0.017

Fr  



3.964

0.666

1 3.964



 



0.017

0.052( )

1 0.666

ÃÆÂ

h ì 



для НЧК:

0.844

3.552

9.81 0.02

Fr  



3.552

0.653

1 3.552



 



0.02

0.059( )

1 0.653

ÃÆÂ

h ì 



Рассчитываем скорость пара в свободном сечении тарелки:

0.732

9.213( / )

0.0795

ÊÂ

w ì ñ



  

0.755

9.499( / )

0.0795

ÊÍ

w ì ñ



  

Рассчитаем минимальную скорость пара в свободном сечении тарелки, чтобы узнать, не

является ли наша скорость слишком маленькой:

0.35 0.3

1.44

ÊMIN ñï

w h U



   

где

ÐÀÁ

 

приведённая плотность орошения,

3 2

/ ( )ì ì ñ

для ВЧК:

)/(10365.2

378.1

1045296.4

233

сммU









cмw

BMAXo

/20.9

368.2

616.770

05.000159.0113.2

35.03.0



для НЧК:

)/(10677.5

378.1

106900.10

233

сммU









смw

HMAXo

/71.9

698.2

874.788

05.000469.0113.2

35.03.0



Итак:

0.995( / ) 9.213( / ) 12( / )

ÊMINÂ ÊÂ ÊMAXÂ

w ì ñ w ì ñ w ì ñ    

1.238( / ) 9.499( / ) 12( / )

ÊMINÍ ÊÍ ÊMAXÍ

w ì ñ w ì ñ w ì ñ    

, т.е. скорость пара

достаточно высока, чтобы не требовалось заглушать клапаны и в то же время не превышает

максимального значения, которое принимается равным 12 м/с.

Рассчитаем коэффициент открытия клапанов и уточним рабочее относительное сечение

тарелки:

Сначала определим расчётную максимальную скорость пара в свободном сечении клапанов:

ÊMAX ÊMIN

w w



 



где

215



 

коэффициент гидравлического сопротивления технологических зазоров клапанов;

4.7



 

коэффициент гидравлического сопротивления открытого клапана;

далее рассчитаем максимальный фактор паровой нагрузки в свободном сечении клапанов:

ÊMAX ÊMAX Y

F w



 



для ВЧК:

215

0.995 6.73(ì /ñ)

4.7

ÊMAXÂ

w   



069.1368.2695.0 

для НЧК:

215

1.238 8.37(ì /ñ)

4.7

ÊMAXÍ

w   



0.5 0.5

8.37 2.865 14.17(êã /ì ñ)

ÊMAXÍ

F    

Зная

ÊMAX

выберем удельную нагрузку клапана:

250.6( )

ÊËÂ ÊËÍ ÊË

p p p Ï à   

Рассчитаем вспомогательный комплекс:

0.82

ÊË

K Y





 



И коэффициент открытия клапанов:

1.5



для ВЧК:

2 250.6

0.82 1.332

9.213 2.744



  



1.5

1.3

1.332

KÂ

B  

для НЧК:

2 250.6

0.82 1.119

9.499 2.865



  



1.5

1.418

1.119

KÍ

B  

Т.к. коэффициент открытия клапанов не может быть больше 1, то примем

KÂ KÍ

B B 

(согласно

указаниям [3, с.14]).В таком случае уточнённое рабочее относительное сечение тарелки совпадёт с

тем, что принято изначально и рабочая скорость пара в свободном сечении тарелки также не

изменится.

Рассчитаем относительный унос жидкости (брызгоунос) по формуле:

1.1

2.15

2.5

3.67 10







 

   

 

 

где h

– высота сепарационного пространства, м;

Высота сепарационного пространства определяется по соотношению:

2.5

h h



 

где

k 

коэффициент вспениваемости (для системы бензол-толуол примем

0.9k 

, как для

слабопенящейся системы), тогда:

для ВЧК:

2.5 0.017

0.3 0.252(ì )

0.9

ÑÂ



  

1.1

2.15

2.5

802.08 0.732

3.67 10 0.00336(êã æèäêî ñòè/êã ï àðà)

20.3 0.252



 

    

 

 

для НЧК:

2.5 0.02

0.3 0.243(ì )

0.9

ÑÍ



  

1.1

2.15

2.5

785.04 0.755

3.67 10 0.00413(êã æèäêî ñòè/êã ï àðà)

18.96 0.243



 

    

 

 

Величина уноса не превышает 0.1, значит это условие сходится и выбрано достаточно большое

расстояние между тарелками.

Проверка работы переливного устройства. Колонна должна работать без захлёбывания, а

для этого необходимо выполнение условия:

` `

MAX

w w

, где

`w 

фактическая скорость жидкости в

переливном устройстве, м/с,

MAX

w 

максимально допустимая скорость жидкости в переливе, м/с,

которые рассчитывают по формулам:







 

` 8 10

MAX X Y

w k h

 



     

для ВЧК:

2.993 10

` 0.037( / )

1.54 0.053

w ì ñ





 



 

` 8 10 0.9 802.08 2.744 0.3 0.111( / )

MAXÂ

w ì ñ



      

для НЧК:

` 0.085( / )

1.54 0.053

6.907

w ì ñ





 



 

` 8 10 0.9 785.04 2.865 0.3 0.11( / )

MAXÍ

w ì ñ



      

Заданное условие выполняется для обеих частей колонны.

3.3. Высота колонны.

3.3.1. Высота светлого слоя жидкости на тарелке и паросодержание

барботажного слоя.

Высоту газожидкостного слоя для решётчатых тарелок находим по уравнению [5,9]:

Frg

гж





(23)

где





 3

101.1

- критерий Фруда (оптимальный).

Коэффициент С определяется по соотношению

067.0























Где U-плотность орошения, м

/м



и - поверхностное натяжение Н/м ,



- вязкость

жидкости

смПа 

;

Вязкости жидких смесей находим по уравнению:

МXСРАXСРX



lg)1(lglg 

(24)

где

ипр



вод



- вязкости чистых изопропанола и воды.

смПа

XВ

 335.0



смПа

XН

 3875.0



Поверхностные натяжения жидкости равны:

мН

XВ

1.19



XН



мН

2.18

Плотность орошения (приведённая скорость жидкости) рассчитывается по формуле[5,9]







где L-расход жидкости, кг/с, S-площадь поперечного сечения выбранной

стандартной колонны.

U_v

_x_v 0.785 D





U_v 5.915 10

4





U_n

_x_n 0.785 D





U_n 4.094 10

3





C_v

U_v

_x_v 10

3



 

 _x_v

g _x_v













0.067

0.402

0.201



C_v 0.012

Паросодержание барботажного слоя



находим по формуле[5.9]:

2.0

)(

21.0

FrF







(25)

C_n

U_n

_x_n 10

3



 

 _x_n

g _x_n













0.067

0.402

0.201



C_n 0.024

Fr_v

0.0011B1 _x_v

C_v _y_v



Fr_v 501.95

Fr_n

0.0011B1 _x_n

C_n _y_n



Fr_n 376.302

h_гж_v

Fr_v g Fc





h_гж_v 0.033m

h_гж_n

Fr_n g Fc





h_гж_n 0.044m

_v 1

0.21

Fc Fr_v

0.2





_v 0.844

_n 1

0.21

Fc Fr_n

0.2





_n 0.834

Высота светлого слоя жидкости на тарелке h

рассчитывается по формуле:

)1(





гж

Брызгоунос рассчитывается по формуле

56.2

104.1

















Где h

– высота сепарационного пространства, k - поправочный коэффициент.

Высота сепарационного пространства определяется по соотношению:

5.2 hhh



Поправочный коэффициент

1.1

0565.0



















Тогда

кгкгe /011.0

385.0

902.1

5.50

2.911

0565.0104.1

56.21.1

































e=0.01<0.1, значит расстояние между тарелками выбрано правильно.

h0_v h_гж_v 1 _v

 



h0_v 5.105 10

3

 m

h0_n h_гж_n 1 _n

 



h0_n 7.214 10

3

 m

3.3.2. Коэффициенты массопередачи и высота колонны.

Для определения коэффициентов массоотдачи определим коэффициенты молекулярной

диффузии в жидкой

и паровой

фазах.

Коэффициент диффузии в жидкости при средней температуре t (в °C) равен[4.289]:

 

 

201

 tbDD

(27)

Коэффициент диффузии

20X

при 20 °С можно вычислить по приближенной формуле

[1, 234]

1110





















MAX



(28)

где A, B – коэффициенты, зависящие от свойств растворенного вещества и растворителя;



- мольные объемы компонентов в жидком состоянии при температуре кипения

моль

см

;



- вязкость жидкости при температуре 20 °С,

смПа 

Используя формулу (24) определяем вязкости жидких смесей для верхней

20XВ



и нижней

20XН



частей колонны:

смПа

XВ

 5841.0



;

смПа

XН

 0764.1



Мольные объемы компонентов находим как сумму атомных объемов [4,404]:

моль

см

ипр

0.74



моль

см

вод

8.63



Тогда коэффициент диффузии в жидкости для верхней части колонны при 20 °С равен:

ВX

10456.2

8,144,81457,121























Для нижней части колонны:

НX

10809.1

8,144,81147,121























Температурный коэффициент b определим по формуле:

2.0







(29)

где





принимают при температуре 20 °С

105891.1

7,905

457,1

2.0





100614.2

5,964

147,1

2.0





Отсюда

ВX

10043.3





НX

10179.3





Коэффициент диффузии в паровой фазе может быть вычислен по уравнению:

111022.4

























(30)

где T – средняя температура в соответствующей части колонны, К; P – абсолютное

давление в колонне, Па

 

108167.0

8.144.8110013.1

9.802731022.4





















 

108847.0

8.144.8110013.1

6.812731022.4





















Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе:

5.0

5.05

1024.6

































XfX









(31)