Расчёт ректификационной колонны

Расчет тарельчатой ректификационной колонны Расчет тарельчатой ректификационной колонны Рассчитать ректификационную колонну непрерывного действия с ситчатыми тарелками для разделения 7,5 т ч жидкой смеси, содержащей 40 масс хлороформа и 60 масс бензола. Требуемое содержание хлороформа в дистилляте 98 масс , в кубовом остатке 4,5 масс . Исходная смесь перед подачей в колонну подогревается до температуры кипения. Материальный баланс.Обозначим массовый расход через GD кг ч, кубового остатка через GW кг ч Из уравнений материального баланса находим массовые расходы GW GD GF GW xW GD xD GF xF GW GD 7500 GW 0.98 GD 0.045 7500 0.4 GD 4650 кг ч GW 2850 кг ч. Для дальнейших расчетов выразим концентрации питания, дистиллята и кубового остатка в мольных долях.

Питание Дистиллят Кубовый остаток Относительный мольный расход питания Минимальное число флегмы , где у F - мольная доля хлороформа в паре, равновесном с жидкостью питания, определены по диаграмме у - х. Рабочее число флегмы R 1.3Rmin 0.3 1.3. 5,6.9 Уравнения рабочих линий А верхней части колонны Б нижней части колонны Определение скорости пара и диаметра колонны.

Средние концентрации жидкости А в верхней части колонны Б в нижней части колонны Средние концентрации пара находим по уравнениям рабочих линий А в верхней части колонны Б в нижней части колонны средние температуры пара определяем по диаграмме t - x, у А при , Б при . Средние мольные массы и плотности пара А Б Средняя плотность пара в колонне Температура в верху колонны при хD 0.97 равняется 63 0С, а в кубе- испарителе при хW 0.03 она равна 80,5 0С. Плотность жидкого хлороформа при 0С Плотность жидкого бензола при 80,30С Средняя плотность жидкости в колонне Принимаем расстояние между тарелками h 300мм. для ситчатых тарелок по графику находим С 0,032. Скорость пара в колонне Объемный расход проходящий через колонну пара при средней температуре в колонне tCP 720С Диаметр колонны DCT 2200мм. Тогда скорость пара в колонне будет Гидравлический расчет тарелок.

Принимаем следующие размеры ситчатой тарелки диаметр отверстий d0 4 мм, высота сливной перегородки hП 40мм. свободное сечение тарелки суммарная площадь отверстий 8 от площади тарелки.

Площадь, занимаемая двумя сегментами, составляет 20 от общей площади тарелки.Рассчитаем гидравлическое сопротивление тарелки в верхней и в нижней части колонны по уравнению ?р ?рсух ?ру ?рпж. А Верхняя часть колонны.

Гидравлическое сопротивление сухой тарелки , где ж 1,82 - коэффициент сопротивления неорошаемых ситчатых тарелок со свободным сечением 7 - 10 w0 0,66 0,08 8,3 м с - скорость пара в отверстиях тарелки.Сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения , где у - поверхностное натяжение жидкости при средней температуре в верхней части колонны 74,4 0С. Сопротивление парожидкостного слоя на тарелке ?рпж 1,3hпжспжgk Высота парожидкостного слоя hпж hп ?h величину ?h - высоту слоя над сливной перегородкой рассчитываем по формуле , где Vж - объемный расход жидкости, м3 с П - периметр сливной перегородки, м k спж сж - отношение плотности парожидкостного слоя к плотности жидкости, принимаемое приближенно равным 0,5. Объемный расход жидкости в верхней части колонны Периметр сливной перегородки П находим решая систему уравнений , где R 0,9 м - радиус тарелки 2 3Пb - приближенное значение площади сегмента.

Решение дает П 1,32 м b 0.289 м. находим ?h Высота парожидкостного слоя на тарелке hпж hп ?h 0,04 0,032 0,072м. Сопротивление парожидкостного слоя ?рпж 1,3hпжсжgk 1,3 0,072 0,5 1110,4 9,81 510 Па. Общее гидравлическое сопротивление тарелки в верхней части колонны ?р ?рсух ?ру ?рпж 232 20,8 510 762,8 Па. Б Нижняя часть колонны , где у - поверхностное натяжение жидкости при средней температуре в верхней части колонны 79 0С. Высота парожидкостного слоя на тарелке hпж hп ?h 0,04 0,03 0,07. Сопротивление парожидкостного слоя ?рпж 1,3hпжсжgk 1,3 0,07 0,5 1110,4 9,81 991 Па. Общее гидравлическое сопротивление тарелки в нижней части колонны ?р ?рсух ?ру ?рпж 188 20,2 991 1199,2 Па. Проверим, соблюдается ли при расстоянии между тарелками h 0.3 м необходимое для нормальной работы тарелок условие Для тарелок нижней части, у которых гидравлическое сопротивление больше, чем у тарелок верхней части Условие соблюдается.

Проверим равномерность работы тарелок - рассчитаем минимальную скорость пара в отверстиях w0min, достаточную для того, чтобы ситчатая тарелка работала всеми отверстиями Рассчитанная скорость w0min 7,9 м с следовательно, тарелки будут работать всеми отверстиями.

Определение числа тарелок и высоты колонны.

А наносим на диаграмму у - х рабочие линии верхней и нижней части колонны и находим число ступеней изменения концентрации пТ. в верхней части колонны пT 8, в нижней части колонны пT 26, всего 34 ступени.Число тарелок рассчитывается по уравнению п пТ з. Для определения среднего к. п. д. тарелок з находим коэффициент относительной летучести разделяемых компонентов б РХ РБ, и динамический коэффициент вязкости исходной смеси м при средней температуре в колонне, равной 72 0С. При этой температуре давление насыщенного пара хлороформа и бензола соответственно равны , откуда б РХ РБ 1292 700 1,8 динамические коэффициенты вязкости хлороформа и бензола соответственно равны бм 1,8 0,35 0,62 по графику находим з 0,54. Длина пути жидкости на тарелке l D - 2b 2,2 - 2 0.289 1.62 По графику находим значение поправки на длину пути ? 0,18. Средний к. п. д. тарелок зl з 1 ? 0.54 1 0.18 0.64. Для сравнения рассчитаем средний к. п. д. тарелки з0 по критериальной формуле, полученной путем статистической обработки многочисленных опытных данных для колпачковых и ситчатых тарелок В этой формуле безразмерные комплексы где w - скорость пара в колонне, м с SСВ - относительная площадь свободного сечения тарелки hП - высота сливной перегородки, м сП и сЖ - плотности пара и жидкости, кг м3 DЖ - коэффициент диффузии легколетучего компонента в исходной смеси у - поверхностное натяжение жидкости питания, Н м. Коэффициент диффузии В нашем случае в 1 мЖ 0,35 сП 0,35 10-3 Па с М МF 90,4 кг кмоль х 3,7 14,8 3 24,6 92,3 Т 72 273 345К. Безразмерные комплексы Средний к. п. д. тарелки , что близко к найденному значению зl. Число тарелок В верхней части колонны п пТ з 8 0.64 12,5 В нижней части колонны п пТ з 26 0.64 40,5. Общее число тарелок п 53, с запасом 60, из них в верхней части колонны 15 и в нижней части 45 тарелок.

Высота тарельчатой части колонны НТ п-1 h 60-1 0,3 17,7м. Общее гидравлическое сопротивление тарелок ?р ?рnв ?рnн 762,8 15 1199,2 45 65406 Па Тепловой расчет установки.

Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре-конденсаторе где rX и rБ - удельные теплоты конденсации при 63 0С. Расход теплоты, получаемой в кубе-испарителе от греющего пара Здесь тепловые потери QПОТ приняты в размере 4 от полезной затрачиваемой теплоты удельные теплоемкости взяты соответственно при tD 630С, tW 80.30С, tF 770С температура кипения исходной смеси tF 770С определена из диаграммы t - x, у. Расход теплоты в паровом подогревателе исходной смеси здесь тепловые потери приняты в размере 5 , удельная теплоемкость исходной смеси взята при средней температуре 77 18 2 47,50С Расход теплоты, отдаваемый охлаждающей воде в водяном холодильнике дистиллята , где удельная теплоемкость дистиллята взята при средней температуре 63 25 2 88 0С . Расход теплоты, отдаваемый охлаждающей воде в водяном холодильнике кубового остатка , где удельная теплоемкость кубового остатка взята при средней температуре 80,3 25 2 52,65 0С Расход греющего пара А в кубе-испарителе , где rГ.П. 2264000 дж кг - удельная теплота конденсации греющего пара Б в подогревателе исходной смеси Всего 1,2 0,02 1,22 кг с или 4,4 т ч. Расход охлаждающей воды при нагреве ее на 200С А в дефлегматоре Б в водяном холодильнике дистиллята В в водяном холодильнике кубового остатка Всего 0,02 0,0006 0,0015 0,0221 м3 с или 79,56 м3 ч.