5.1 Расчёт скорости пара

По диаграмме t-x,y и по средним составам фаз определяем , что

средняя температура в верхней части колонны равна

t_в = 57.65 °С

средняя температура в нижней части колонны равна

t_н = 63,4 °С

Плотность пара в верхней части колонны

ρ_yв =( 43,953*273 ) / (22,4*( 57,65+273 )) = 1,619 кг / м³

Плотность пара в нижней части колонны

ρ_yн =( 34.970*273 ) / (22,4*( 63,4+273 )) = 1,266 кг / м³

Плотность жидких ацетона и метанола близки , поэтому можно принять ρ_хв = ρ_хв = 750 кг / м³

Температура

1   2   3   4

---

---

5.2 Высота светлого слоя жидкости

Объёмный расход жидкости Q_в в верхней части колонны равен : 2,003 кг/с / 750 кг / м³ = 0.00267 м³ / с,

Линейная плотность орошения q_в равна : Q / L_c = 0.00267 / 0.895 = 0.00298 м³ /( м³_*с ),

Объёмный расход жидкости Q_н в нижней части колонны равен : 1,596 кг/с / 750 кг / м³ = 0.00213 м³ / с,

Линейная плотность орошения q_н равна : Q / L_c = 0.00213 / 0.895 = 0.00237 м³ /( м³_*с )

m = 0.05-4.6_* h_пер = 0.05 - 4.6_*0.05 = -0.18

	σ(вода), мДж/м2	σ(ацетон) , мДж/м2	σ(метанол) , мДж/м2	σ(смесь), мДж/м2
при tв = 57,65°С	67,34	17,94	17,26	17,60
при tн = 63,4 °С	66,62	17,22	16,54	16,88

Для ситчатых тарелок в практических расчётах можно пользоваться уравнением

h_o = 0.787_*q^0.2_*h _пер^0,56_*w^m_*[ 1-0.31_*exp (-0.11_*μ_x)]*( σ_x / σ_в)^0,09,

Для верхней части колонны :

h_oв = 0,0303 м.,

Fr_в =0,813 ² / (9,8*0,0303 ) = 2,223

Для нижней части колонны :

h_oн = 0,0290м.

Fr_н =0,813 ² / (9,8*0,0290 ) = 2,327

Паросодержание барботажного слоя ε для верхней части колонны :

ε_в = Fr_в^0.5/(1+Fr_в^0.5) = 0,599

Паросодержание барботажного слоя ε для нижней части колонны :

ε_в = Fr_н^0.5/(1+Fr_н^0.5) = 0,604

5.3 Коэффициенты массопередачи и высота колонны

Плотность ацетона при 20 ^оС : 810 кг / м³

Плотность метанола при 20 ^оС :800 кг / м³

Плотность ацетона при температуре кипения : 710 кг / м³ = 0,710 г/мл

Плотность метанола при температуре кипения :690 кг / м³ = 0,690 г/мл

Плотность ацетона при температуре 57,65 °С : 750 кг / м³ = 0,750 г/мл

Плотность метанола при температуре 57,65 °С :745 кг / м³ = 0,745 г/мл

Плотность ацетона при температуре 63,4 °С : 755 кг / м³ = 0,745 г/мл

Плотность метанола при температуре 63,4 °С :750 кг / м³ = 0,740 г /мл

---

Мольный объём ацетона в жидком состоянии при температуре кипения : 58,08/0,710 = 81,8 см³ / моль

Мольный объём метанола в жидком состоянии при температуре кипения : 32,04 / 0,690 = 46,43 см³ / моль

Мольный объём ацетона в жидком состоянии при температуре 57,65 °С : 58,08/0,750=77,44 см³ / моль

Мольный объём метанола в жидком состоянии при температуре 57,65 °С : 32,04 / 0,745 = 43,01 см³ / моль

Мольный объём ацетона в жидком состоянии при температуре 63,4 °С : 58,08/0,745 = 77,96см³ / моль

Мольный объём метанола в жидком состоянии при температуре 63,4 °С : 32,04 / 0,740= 47,12 см³ / моль

Вязкость ацетона при 20 ^оС : 0,47 мПа*с

Вязкость метанола при 20 ^оС : 0,6 мПа*с

Коэффициент диффузии в жидкости при 20 ^оС можно вычислить по формуле :

D_x20 = (10^-6*(1/Ma +1/Mm))/ (AB*(μ_x )^0.5( v_a^1/3+ v_m^1/3)²) , A =B = 1

D_x20в = 4.800*10^-9 м²/с

D_x20н = 4.769*10^-9 м²/с

Температурный коэффициент b определяем по формуле : b = 0.2*( μ_x )^0.5/(ρ_x )^1/3

b_в = 0,0157

b_н = 0,0157

Коэффициент диффузии в жидкости при средней температурке t : Dx = D_x20(1-b(t-20))

Dx_в = 4.800*10^-9 *(1-0,0157*(57,65-20)) = 2,043*10^-9 м²/с

Dx_н = 4,769*10^-9*(1-0,0157*(61,4-20)) = 1,661*10^-9 м²/с

Коэффициент диффузии в газовой фазе может быть вычислен по следующей формуле :

D_y = 4.22*10^-2*T^3/2*(1/M_a+1/M_m)/(P*(v_a^1/3+v_m^1/3))

D_yв = 4.22*10^-2*(57,65+273,15)^3/2*(1/58,08+1/32,04)^0,5/(10⁵*(77,44^1/3+43,01^1/3)²= 9,244*10^-6 м²/с

D_yн = 4.22*10^-2*(61,4+273,15)^3/2*(1/58,08+1/32,04)^0,5/(10⁵*(77,96^1/3+47,12^1/3)²= 9,173*10^-6 м²/с

Вязкость паров для верхней части колонны :

μyв = μyн = 0,0085 спз

Для верхней части колонны :

коэффициент массопередачи в жидкой фазе :

β_xf = 6,24*10⁵*(2,043*10^-9)^0,5*(2,003/(750*0,785*0,008²*(1-0,599)))^0,5*0,0303*(0,0085/(0,0085+0,308)^0,5 = 0,00806 м/с

коэффициент массопередачи в паровой фазе :

β_yf =6,24*10⁵*0,147*(9,244*10^-6)^0,5*(0,813/0,599)^0,5*0,0303*(0,0085/(0,0085+0,308)^0,5 = 1,615 м /с

Для нижней части колонны :

коэффициент массопередачи в жидкой фазе :

β_xf = 6,24*10⁵*(1,661*10^-9)^0,5*(1,596/(750*0,785*0,008²*(1-0,604)))^0,5*0,029*(0,0085/(0,0085+0,357)^0,5 = 0,00581 м/с

β_yf =6,24*10⁵*0,147*(9,173*10^-6)^0,5*(0,813/0,604)^0,5*0,029*(0,0085/(0,0085+0,357)^0,5 = 1,423 м /с

Пересчитаем коэффициенты массоотдачи на кмоль / (м²*с) :

Для верхней части колонны :

---

β_xf = 0,143 кмоль / (м²*с)

β_yf = 0,0595 кмоль / (м²*с)

Для нижней части колонны :

β_xf = 0,129 кмоль / (м²*с)

β_yf = 0,0515 кмоль / (м²*с)

5. 4Расчёт высоты сепарационного пространства :

Высота барботажного слоя равна h_п = ho / ( -ξ )

h_пв = 0,0303/(1- 0,599) = 0,0755 м

h_пн = 0,0290/ (1-0,604 ) = 0,0731 м

Расстояние между тарелками h = 450 мм

Высота сепарационного пространства

для верхней части колонны :

h_c = 0.45-0.0755 = 0.374 м.

брызгоунос:

e = 0.000077*(73/ σ_в )*(w / h_c )^3/2 = 0,00089 кг жидкости / кг пара = 0,00093 кмоль жидкости / кмоль пара.

для нижней части колонны :

h_c = 0.45 - 0.0838 = 0.377 м.

брызгоунос :

e = 0.000077*(73/ σ_в )*(w / h_c )^3/2 = 0,00092 кг жидкости / кг пара = 0,00096 кмоль жидкости / кмоль пара.

5. 5 Расчёт кинетической кривой
Для колонн с ситчатыми тарелками диаметром более 600 мм. отсутствуют надёжные данные по продольному перемешиванию жидкости ,поэтому с достаточной степенью приближения можно считать , что одна ячейка перемешивания соответствует длине пути жидкости l = 350 мм.

Определим длину пути жидкости l_т как расстояние между переливными устройствами :

l_т = (D² - b²) ^0.5 = ( 1.6²-1,040²) = 1.389м.

S = 1.3895/0.35 = 3.967

Фактор массопередачи для укрепляющей части равен :

λ = m(R+1)R

Фактор массопередачи для исчерпывающей части равен :

λ = m(R+1)/(R+f)

где f - число киломолей питания на 1 киломоль дисстилата : f = (x_p - x_w )/( x_f - x_w ) = 5.585

Примем долю байпасирующей жидкости θ = 0,1

Эффективность тарелки по Мэрфри рассчитываем по следующим формулам :

B=λ*(E_y+e/m)/(1-θ)(1+e*λ/m);

E”_My=(E_y/B)*[(1+B/S)^s-1];

E’_My= E”_My/(1+ λ*θ* E”_My /(1-θ));

E_My= E’_My /(1+ e*λ* E’_My/ [m(1- θ)]);

x	m	Куf	noy	Ey	B	E''my	E'my	Emy	yк
0,05	2,091	0,028122	0,955615	0,615424	0,824955	0,8324747	0,7489185	0,748575	0,094709
0,1	1,35	0,033519	1,138981	0,679855	0,588547	0,8445669	0,7870508	0,786672	0,178534
0,2	1,11	0,040713	1,35983	0,743296	1,091369	1,1050185	0,9507623	0,949656	0,318728
0,3	0,63	0,047148	1,574757	0,792942	0,661281	1,0113304	0,9327228	0,931658	0,421644
0,4	0,62	0,047304	1,57996	0,794017	0,651684	1,0091956	0,9320544	0,930991	0,507272
0,5	0,61	0,047461	1,585197	0,795093	0,64206	1,0070534	0,9313728	0,930311	0,581401
0,6	0,605	0,04754	1,587828	0,795631	0,637238	1,0059795	0,9310272	0,929966	0,652708

---

Общее число тарелок :27

Тарелка питания : 16

Расстояние между верхней тарелкой и крышкой zв примем равным 1 м. ,а расстояние между нижней тарелкой и днищем - 2 м.

Высота тарельчатой ректификациооной колонны равна Hк = (27-1)*0,45+1+2 = 14,7 м.


6. Гидравлическое сопротивление тарелок колонны

Гидравлическое сопротивление тарелок колонны определяют по формуле

ΔРк = N*ΔРт, где N–число тарелок, ΔРт –полное сопротивление тарелки, которое определяется по формуле: ΔРт = ΔРс + ΔРп + ΔРσ

где:

–гидравлическое сопротивление сухой тарелки;

x–коэффициент сопротивления сухих тарелок, для ситчатых тарелок x=1,85

W–скорость пара в сечении колонны 0,742 м/с;

–плотность пара при средней температуре в колонне:

(1,619+1,266)/2=1,443кг/м³;

F_c–относительная площадь для прохода паров 0,147;

P_c=1.85*(0,742)²*1.443/(2*(0.147)²)=33,972 Па;

–гидравлическое сопротивление газожидкостного слоя (пены) на тарелке

g–ускорение свободного падения 9,8 м²/с;

–плотность жидкости:

Для верхней части колонны :

ΔРп = 9.81*750*0.0303 = 223,077 Па

Для нижней части колонны :

ΔРп = 9,81*750*0,029 = 213,066 Па

–гидравлическое сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения;

Р_σ= 17,24 Па

Тогда общее сопротивление тарелки:

ΔРтв = 33,972 + 223,077 +17,24 = 274,289 Па

ΔРтн = 33,972+213,066+17,24 = 264,278 Па

Полное гидравлическое сопротивление колонны:

ΔРк =16*264,278+11*274,289= 7245,625 Па.

7. Тепловой расчёт

7. 1 Тепловой расчёт подогревателя исходной смеси

Предварительно определим температуру кипения исходной смеси

В точке кипения выполняется равенство Σ(P^o

---

Смотрите также файлы

• Типология речевых стратегий.pptx

• .docx

• Использование цифрового образовательного ресурса.docx

• Доставка грузов и пассажиров "от двери до двери".rtf

• Отчет о прохождении учебной практики по профессиональному модулю пм. 01 Организация и управление торговосбытовой деятельностью в период с 12 сентября 2021 г по 16 октября 2022 г. Специальность 38. 02. 04. Коммерция (по отраслям).pptx