Расчет ректификационной колонны (ацетон-бензол)
Подождите немного. Документ загружается.
Изм. Лист № докум. Подпис
ь
Дата
Лист
Принимаем среднюю плотность жидкости в колонне
ρ
ж
= (ρ
’
ср
+ ρ
’’
ср
)/2 = (747 +837,2)/2 = 792,1 кг/м
3
.
Объемный расход жидкости:
чм
g
L
В
V
/1,7
1,792
8,5623
3
ж
.
Количество флегмы стекающей с тарелок нижней части колонны:
g
н
= g
в
+ g
F
*
= 5623,8 + 3336 = 8960 кг/ч.
Масса потоков пара:
G
н
= g
н
- G
W
= 8960 - 3679= 5281 кг/ч,
Ф
н
= g
н
/ G
н
= 8960/5281= 1,7,
с
PM
ztG
V
W
Н
Н
/м55,0
27317,773600
)78273(52814,22
2733600
)273(4,22
3
,
3
кг/м67,2
55,03600
5281
3600
Н
Н
П
V
G
,
7252,0)2078(0011,0789,0
78
4
А
,
8152,0)2078(0011,0879,0
78
4
Б
,
ρ
ж
= (ρ
’
ср
+ ρ
’’
ср
)/2 = (725,2 +815,2)/2 = 770,2 кг/м
3
,
чм
g
L
Н
V
/63,11
2,770
8960
3
ж
.
24
Изм. Лист № докум. Подпис
ь
Дата
Лист
7 Схема блока колонны с указанием внешних и внутренних потоков
Рисунок 2 - Принципиальная схема ректификационной колонны
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
F,x
F
, e, Q
F
D,y
D
, t
D
, Q
D
W,x
W
, t
W
, Q
W
G
W
,y
F
*
, t
W
G
1
,y
1
, t
1
G
2
, y
2
, t
2
G
3
, y
3
, t
2
G
4
, y
4
, t
4
G
5
, y
5
, t
5
G
6
, y
6
, t
6
G
7
, y
7
, t
7
G
8
, y
8
, t
8
G
9
, y
9
, t
9
G
10
, y
10
, t
10
G
11
, y
11
, t
11
G
12
, y
12
, t
12
G
13
, y
13
, t
13
G
14
, y
14
, t
14
G
15
, y
15
, t
15
G
16
, y
16
, t
16
G
17
, y
17
, t
17
g
D
, x
D
*
, t
D
g
17
, x
17
, t
17
g
16
, x
16
, t
16
g
15
, x
15
, t
15
g
14
, x
14
, t
14
g
13
, x
13
, t
13
g
12
, x
12
, t
12
g
11
, x
11
, t
11
g
10
, x
10
, t
10
g
9
, x
9
, t
9
g
8
, x
8
, t
8
g
7
, x
7
, t
7
g
6
, x
6
, t
6
g
5
, x
5
, t
5
g
4
, x
4
, t
4
g
3
, x
3
, t
3
g
2
, x
2
, t
2
g
1
, x
1
, t
1
G
F
, y
F
*
, t
F
g
F
, x
F
*
, t
F
Q
В
Q
d
t
F
,
25
Изм. Лист № докум. Подпис
ь
Дата
Лист
8 Определение скорости пара и диаметра колонны
Определение средних концентраций жидкости в верхней части колонны
х'
ср
и в нижней части колонны х’’
ср
:
х'
ср
= (x
F
+ x
D
)/2 = (0,452 + 0,86)/2 = 0,656,
х’’
ср
= (x
F
+ x
W
)/2 = (0,452 + 0,044)/2 = 0,248.
Средние концентрации пара находим по уравнению рабочих линий. В
верхней части колонны:
y'
ср
(х'
ср
= 0,656) = 0,74,
y’’
ср
(х’’
ср
= 0,248) = 0,3475.
Средние температуры пара определяем по диаграмме t-x,y:
T
ср
(y'
ср
= 0,74) = 64,3 °C,
T
ср
(y’’
ср
= 0,3475) = 73,6 °C.
Средние мольные массы и плотности пара:
М’
ср
= М
НКК
· y'
ср
+ М
ВКК
(1- y'
ср
) = 58,05·0,74 + 78,05·(1-0,74)=63,25,
3
'
0
'
'
/29,2
3,3374,22
27325,63
4,22
мкг
Т
ТМ
ср
ср
ср
,
М’’
ср
= М
НКК
· y'’
ср
+ М
ВКК
(1- y'’
ср
) = 58,05·0, 3475 + 78,05·(1-0, 3475)=71,1,
3
'
0
''
''
/5,2
6,3464,22
2731,71
4,22
мкг
Т
ТМ
ср
ср
ср
,
Средняя плотность пара в колонне:
26
Изм. Лист № докум. Подпис
ь
Дата
Лист
ρ
п
= (ρ
’
ср
+ ρ
’’
ср
)/2 = (2,29 +2,5)/2 = 2,395 кг/м
3
.
Плотности жидких ацетона и бензола близки. Температура верха колонны
58,2°C и y
D
= 0,947, низа колонны при x
W
= 0,044 78,3 °C. Плотность жидкого
ацетона при 58,2°C и плотность жидкого бензола при 78,3° C
747,0)202,58(0011,0789,0
2,58
4
А
815,0)203,78(0011,0879,0
3,78
4
Б
Принимаем среднюю плотность жидкости в колонне
ρ
ж
= (ρ
’
ср
+ ρ
’’
ср
)/2 = (747 +815)/2 = 781 кг/м
3
Принимаем расстояние между тарелками 0,5 м. По графику рисунка 3
определяем значение коэффициента C - величина зависящая от нагрузки
тарелки, расстояния между тарелками и поверхностного натяжения жидкости.
А,Б – колпачкрвые тарелки, С – ситчатые тарелки.
Рисунок 3 – Значение коэффициента С [5].
Значение коэффициента C:
27
Изм. Лист № докум. Подпис
ь
Дата
Лист
- Ситчатые тарелки С
С
=0,075;
- Колпачковые тарелки С
К
=0,055.
Скорость пара в колонне
смС
П
Ж
СС
/3544,1
395,2
781
075,0
смС
П
Ж
КК
/1
395,2
781
055,0
Объемный расход проходящего через колонну пара при средней
температуре t
СР
=t
В
+t
Н
/2 = 58,2+78,3/26=68,25
с
TM
TRG
V
D
D
/м08,1
360027311,59
033,125,3414,221423,22321
3600
4,221
3
0
0ср
Диаметр колонны
w
V
D
785,0
,
м
w
V
D
С
001,1
3544,1785,0
08,1
785,0
С
м
w
V
D
К
173,1
1785,0
08,1
785,0
К
По ГОСТ принимаем D
К
=1000 мм ,D
С
= 1200 мм.
28
Изм. Лист № докум. Подпис
ь
Дата
Лист
9 Определение и сравнение КПД колпачковых и ситчатых тарелок для
выбранного диаметра колонны. Выбор типа тарелки
По ГОСТ принимаем D
К
=1000 мм, D
С
= 1200 мм, исходя из условий
экономичности принимаем колпачковые тарелки.
Скорость пара при заданных диаметрах:
м/с376,1
1785,0
08,1
785,0
2
D
V
w
К
м/с15,1
2,1785,0
08,1
785,0
2
D
V
w
С
По графику на рисунке 4 определяем КПД тарелок
1 – клапанная тарелка; 2 – колпачковая тарелка; 3 – ситчатая тарелка; 4 –
провально решетчатая тарелка.
Рисунок 4 – Зависимость эффективности тарелок различных конструкций
от скорости пара в полном сечении колонны.
Принимаем КПД колпачковой тарелки 0,8, ситчатой тарелки 0,75.
Исходя из полученных данных целесообразнее и экономичнее будет
применить колпачковую тарелку при диаметра колонны 1 м.
Основные параметры колпачковой разборной тарелки [1]:
29
Изм. Лист № докум. Подпис
ь
Дата
Лист
- диаметр – 1000 мм;
- общая длинна слива – 682 мм;
- рабочая площадь тарелки – 57,9%;
- свободное сечение тарелки – 11,3%;
- число колпачков – 43;
- диаметр колпачка – 80 мм;
- шаг колпачков – 110 мм;
- вес тарелки – 90 кг.
1 – тарелка; 2 – газовые патрубки; 3 – колпачки; 4 – сливные трубки
Рисунок 5 – Схема работы колпачковой тарелки
30
D
Изм. Лист № докум. Подпис
ь
Дата
Лист
10 Определение действительного числа тарелок и высоты колонны
Для секций колонны число реальных тарелок определяется по следующей
формуле:
T
T
P
KПД
N
N
.
Для концентрационной части:
N
Р.КОНЦ.
=8/0.8 ≈10 тарелок.
Для отгонной секции:
N
Р.ОТГ.
= 9/0.8 = 12 тарелок.
Суммарное число реальных тарелок:
N
Р.СУММ.
= N
Р.КОНЦ
+ N
Р.ОТГ
= 12 + 10 = 22 тарелки.
Высота колонны рассчитывается по формуле:
H = H
B
+ H
Y
+ H
X
+H
ЗП
+ H
K
=1 + 5 + 6 + 1 + 1 =14 м.
где H
B
- высота зоны над верхней тарелкой, необходимая для монтажа
штуцера распределителя жидкости и сепарации потоков, H
B
=1м,
H
Y
- высота отгонной части колонны, H
Y
=N
ОТГ
∙h=12∙0,5=6 м,
N
ОТГ
- число действительных тарелок в отгонной части колонны,
N
ОТГ
=12,
31
Изм. Лист № докум. Подпис
ь
Дата
Лист
h=0,5м - расстояние между тарелками,
H
X
- высота концентрационной части колонны, H
X
=N
КОНЦ
∙h=10∙0,5=5
N
КОНЦ
- число действительных тарелок в концентрационной части
колонны, N
КОНЦ
=10,
H
ЗП
- высота зоны сепарации сырьевого парожидкостного потока, а
также для монтажа отбойников H
ЗП
= 1 м,
H
K
- высота зоны под нижней тарелкой, необходимая для создания
столба жидкости, обеспечивающего самотёк, H
K
= 1,0 м.
32
Изм. Лист № докум. Подпис
ь
Дата
Лист
11 Принципиальная схема колонны с указанием габаритных размеров
1 – колонна; 2 – конденсатор-холодильник; 3 – емкость орошения; 4 –
кипятильник; I – сырье; II – дистиллят; III – остаток, IV – флегмовое орошение,
V - пар.
Рисунок 5 - Принципиальная схема колонны
H = 14000 мм
D=1000 мм
1000 мм
1000 мм
I
III
II
1
2
3
4
IV
V
33