Файл: Расчет ректификационной колонны для Разделения бинарной смеси по мдк.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 22.11.2023
Просмотров: 87
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
лят отводится из системы в жидком состоянии. Уравнение теплового баланса для этого случая имеет следующий вид:
????(???? ∙ ???????? + ???????? ∙ ????????) + ???? = ???? ∙ ???????? ∙ ???????? + ???? ∙ ???????? ∙ ???????? + ????́, (4)
где L,D,W ˗ массовые расходы сырья, дистиллята и остатка, кг/с;
???????? − теплота испарения сырья, кДж/кг;
????????, ????????, ???????? − удельные теплоемкости сырья, холодного орошения и остатка, кДж/кг∙град;
????????, ????????, ???????? − температуры ввода сырья, холодного орошения и остатка, ℃;
???? − тепло кипятильника, кВт;
????́ − тепло отводимое в конденсаторе ˗ холодильнике, кВт.
В любом сечении колонны мы имеем смесь компонентов, теплофизиче- ские свойства которой зависят от состава смеси и её температуры и определя- ются по правилу аддитивности.
????см = ∑ ????????????????, (5)
????см = ∑ ???????????????? (6)
где ????????, ????????, ???????? − массовая доля, теплота испарения, удельная теплоемкость i ˗ того компонента в рассматриваемом сечении при соответствующей температу- ре.
Теплофизические свойства бензола, толуола и их смесей, необходимые для расчёта теплового баланса колонны, представлены в таблице 2.
Результаты расчёта теплового баланса сведены в таблицу 3.
Таблица 3 – Тепловой баланс колонны
Количество холодного орошения (Ох) определяется по уравнению:
О =
????
х ????88 − ????35
(7)
п ж
где ???? = ???? ∙ ???? ∙ ????????˗ тепло орошения, кВт;
????88 = ???? + с ∙ ????
- энтальпия пара, уходящего с веха колонны, кДж/кг;
п ???? ???? ????
ж
????35 = сх
тарелку, кДж/кг.
х
О = 2,34 ∙ 1,417 ∙ 388
388 + 2,058 ∙ 88 − 1,8 ∙ 35
= 2,54 кг
с
В качестве теплоносителя в кипятильнике колонны принимаем насыщен- ный водяной пар с абсолютным давлением 3 атм. При этом давлении будет до- статочный температурный напор (не менее 15˗20℃). Такой пар имеет темпера- туру 132,9℃ и теплоту конденсации 2171 кДж/кг.
Количество жидкости в верхней секции колонны определяется в зависи- мости от принятого флегмового числа
О = ???? ∙ ???? = 2,34 ∙ 1,417 = 3,316 кг
с
Расход пара в верхней секции колонны определяется как сумма количеств орошения и дистиллята
???? = ???? + ???? = 3,316 + 1,417 = 4,733 кг
с
Объемный расход пара рассчитывается по уравнению (12):
П
???? = 22,4∙????∙(273+????)∙????????, (8)
????ср∙273∙????
где ???????? = 760 мм рт. ст. ˗ атмосферное давление;
????ср − средняя мольная масса смеси компонентов в паре при средней тем- пературе рассматриваемой секции колонны.
Средняя температура верхней части колонны равна
0,5(???????? + ????????) = 0,5(88 + 99) = 93,5℃
Массовый расход жидкой фазы:
ОН = О + (1 − е)???? = 3,316 + (1 − 0,3) ∙ 2,778 = 5,261 кг
с
Массовый расход паровой фазы:
????Н = ОН − ???? = 5,261 − 1,361 = 3,9 кг
с
Объемный расход пара
П
????Н
= 22,4 ∙ 3,9(273 + 106,5) ∙ 760 = 1,2 м ,
3
86,1 ∙ 273 ∙ 900 с
где Мср = 0,42 ∙ 78 + (1 − 0,42) ∙ 92 = 86,1 − средняя мольная масса па- ров при температуре 106,5℃. [0,5(???????? + ????????)]
Плотность паров
???? = 3,9 = 3,25 кг.
П 1,2 м3
Плотность жидкости в этом сечении колонны
????Ж
= 785 ∙ 781
785 ∙ 0,786 + 781 ∙ 0,214
= 782 кг,
м3
где 0,214 и 0,786 ˗ массовые доли бензола и толуола в рассматриваемом сечении;
785 и 781 ˗ их плотности при температуре 106,5℃. Объемный расход жидкости
????Н = 5,261 кг
П 782 = 0,00673 с .
Гидравлический расчет колонн проводится с целью определения основ- ных размеров аппарата ˗ диаметра, высоты, конструктивных размеров контакт- ных устройств, которые должны обеспечить заданное разделение исходного количества сырья в колонне.
Если нагрузки по пару и жидкости значительно отличаются в верхней и нижней частях колонны, то гидравлический расчет проводят как для верхней, так и для нижней секции колонны. В этом случае, возможно, потребуется при- нимать неодинаковые диаметры колонны для верхней и нижней секции или из- менять конструктивные размеры тарелок в этих секциях (свободное сечение, число потоков жидкости, например).
Расстояние между тарелками выбирается, исходя из условия, что во время работы тарелки между верхним уровнем вспененной жидкости и лежащей вы- ше тарелки обеспечивается сепарационное пространство, достаточное для от- деления основной массы брызг и выбросов жидкости из слоя. Выбор межтаре- лочного расстояния может также определяться и другими соображениями ˗ удобством монтажа, осмотра и ремонта тарелок и внутренних устройств, общей стоимостью или металлоёмкостью колонны и т.д.
Диаметр колонны определяется по максимально допустимой скорости пара wмакс и объему паров V (м3/с) из уравнения 14:
???? = � 4????
????∙wмакс
, м. (9)
По расчетной величине D и нормальному ряду диаметров колонн выби- рается ближайшее значение, которое и используется в дальнейших расчётах.
Согласно расчету, диаметры концентрационной и отгонной частей колон- ны незначительно отличаются друг от друга. Поэтому в соответствии с нор- мальным рядом диаметров колонн примем диаметр колонны равным 1,4 м и одинаковым для обеих частей колонны.
????(???? ∙ ???????? + ???????? ∙ ????????) + ???? = ???? ∙ ???????? ∙ ???????? + ???? ∙ ???????? ∙ ???????? + ????́, (4)
где L,D,W ˗ массовые расходы сырья, дистиллята и остатка, кг/с;
???????? − теплота испарения сырья, кДж/кг;
????????, ????????, ???????? − удельные теплоемкости сырья, холодного орошения и остатка, кДж/кг∙град;
????????, ????????, ???????? − температуры ввода сырья, холодного орошения и остатка, ℃;
???? − тепло кипятильника, кВт;
????́ − тепло отводимое в конденсаторе ˗ холодильнике, кВт.
В любом сечении колонны мы имеем смесь компонентов, теплофизиче- ские свойства которой зависят от состава смеси и её температуры и определя- ются по правилу аддитивности.
????см = ∑ ????????????????, (5)
????см = ∑ ???????????????? (6)
где ????????, ????????, ???????? − массовая доля, теплота испарения, удельная теплоемкость i ˗ того компонента в рассматриваемом сечении при соответствующей температу- ре.
Теплофизические свойства бензола, толуола и их смесей, необходимые для расчёта теплового баланса колонны, представлены в таблице 2.
Результаты расчёта теплового баланса сведены в таблицу 3.
Таблица 3 – Тепловой баланс колонны
| Поток | Температура,℃ | Расход, кг/с | Количество тепла, кВт |
| Приход С сырьём В кипятильнике | 99 ˗ | 2,778 ˗ | 887,9 1684,3 |
| Итого | ˗ | ˗ | 2572,2 |
| Расход С дистиллятом С остатком В конденсаторе ˗холодильнике Потери | 35 114 ˗ ˗ | 1,417 1,361 ˗ ˗ | 89,3 326,1 2003,7 153,1 |
| Итого | ˗ | ˗ | 2572,2 |
Количество холодного орошения (Ох) определяется по уравнению:
О =
????
х ????88 − ????35(7)
п ж
где ???? = ???? ∙ ???? ∙ ????????˗ тепло орошения, кВт;
????88 = ???? + с ∙ ????
- энтальпия пара, уходящего с веха колонны, кДж/кг;
п ???? ???? ????
ж
????35 = сх
-
????х
-
энтальпия холодного орошения, подаваемого на верхнюю
тарелку, кДж/кг.
х
О = 2,34 ∙ 1,417 ∙ 388
388 + 2,058 ∙ 88 − 1,8 ∙ 35
= 2,54 кг
сВ качестве теплоносителя в кипятильнике колонны принимаем насыщен- ный водяной пар с абсолютным давлением 3 атм. При этом давлении будет до- статочный температурный напор (не менее 15˗20℃). Такой пар имеет темпера- туру 132,9℃ и теплоту конденсации 2171 кДж/кг.
Определение внутренних материальных потоков в ректифи- кационной колонне.
Количество жидкости в верхней секции колонны определяется в зависи- мости от принятого флегмового числа
О = ???? ∙ ???? = 2,34 ∙ 1,417 = 3,316 кгс
Расход пара в верхней секции колонны определяется как сумма количеств орошения и дистиллята
???? = ???? + ???? = 3,316 + 1,417 = 4,733 кгс
Объемный расход пара рассчитывается по уравнению (12):
П
???? = 22,4∙????∙(273+????)∙????????, (8)
????ср∙273∙????
где ???????? = 760 мм рт. ст. ˗ атмосферное давление;
????ср − средняя мольная масса смеси компонентов в паре при средней тем- пературе рассматриваемой секции колонны.
Средняя температура верхней части колонны равна
0,5(???????? + ????????) = 0,5(88 + 99) = 93,5℃
Массовый расход жидкой фазы:
ОН = О + (1 − е)???? = 3,316 + (1 − 0,3) ∙ 2,778 = 5,261 кгс
Массовый расход паровой фазы:
????Н = ОН − ???? = 5,261 − 1,361 = 3,9 кгс
Объемный расход пара
П
????Н
= 22,4 ∙ 3,9(273 + 106,5) ∙ 760 = 1,2 м ,
3
86,1 ∙ 273 ∙ 900 с
где Мср = 0,42 ∙ 78 + (1 − 0,42) ∙ 92 = 86,1 − средняя мольная масса па- ров при температуре 106,5℃. [0,5(???????? + ????????)]
Плотность паров
???? = 3,9 = 3,25 кг.
П 1,2 м3
Плотность жидкости в этом сечении колонны
????Ж
= 785 ∙ 781
785 ∙ 0,786 + 781 ∙ 0,214= 782 кг,
м3где 0,214 и 0,786 ˗ массовые доли бензола и толуола в рассматриваемом сечении;
785 и 781 ˗ их плотности при температуре 106,5℃. Объемный расход жидкости
????Н = 5,261 кг
П 782 = 0,00673 с .
- 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Гидравлический расчет колонны.
Гидравлический расчет колонн проводится с целью определения основ- ных размеров аппарата ˗ диаметра, высоты, конструктивных размеров контакт- ных устройств, которые должны обеспечить заданное разделение исходного количества сырья в колонне.
Если нагрузки по пару и жидкости значительно отличаются в верхней и нижней частях колонны, то гидравлический расчет проводят как для верхней, так и для нижней секции колонны. В этом случае, возможно, потребуется при- нимать неодинаковые диаметры колонны для верхней и нижней секции или из- менять конструктивные размеры тарелок в этих секциях (свободное сечение, число потоков жидкости, например).
-
Выбор расстояния между тарелками
Расстояние между тарелками выбирается, исходя из условия, что во время работы тарелки между верхним уровнем вспененной жидкости и лежащей вы- ше тарелки обеспечивается сепарационное пространство, достаточное для от- деления основной массы брызг и выбросов жидкости из слоя. Выбор межтаре- лочного расстояния может также определяться и другими соображениями ˗ удобством монтажа, осмотра и ремонта тарелок и внутренних устройств, общей стоимостью или металлоёмкостью колонны и т.д.
-
Определение диаметра колонны.
Диаметр колонны определяется по максимально допустимой скорости пара wмакс и объему паров V (м3/с) из уравнения 14:
???? = � 4????????∙wмакс
, м. (9)
По расчетной величине D и нормальному ряду диаметров колонн выби- рается ближайшее значение, которое и используется в дальнейших расчётах.
Согласно расчету, диаметры концентрационной и отгонной частей колон- ны незначительно отличаются друг от друга. Поэтому в соответствии с нор- мальным рядом диаметров колонн примем диаметр колонны равным 1,4 м и одинаковым для обеих частей колонны.