Проектирование ректификационной установки для разделения смеси бензол-толуол производительностью по дистилляту 3 кг/с
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
стях колонны не удовлетворяют условию (25) , поэтому устанавливаем колпачок с зазором, при использовании которого имеет место дополнительное открытие прорезей колпачка hд, определяемое уравнением:
а) для верхней части колонны:
hд = м (28)
б) для нижней части колонны
hд =м
Выбираем значение hд ,округляя в большую сторону: hд = 0,004 м.
Пересчитываем рабочую скорость пара в прорезях колпачка:
?0 = = 5,457 м/с (29)
Теперь соблюдается условие (25) и степень открытия прорезей:
b = , (30)
где ?0.макс.ср = (5,77+5,88)/2=5,83 м/с
Высота газожидкостного (барботажного) слоя при дополнительном открытии прорезей:
hг-ж = hсп + ?h + hд - hз (31)
где hз - зазор между основанием тарелки и колпачком, hз = 14 мм
hг-ж = 0,02 + 0,0269 + 0,003026- 0,014 = 0,0359 м
Рассчитаем гидравлическое сопротивление тарелки в верхней и в нижней части колонны по уравнению:
?? = ??сух + ??0 + ??г-ж , (32)
а) верхняя часть колонны.
Гидравлическое сопротивление сухой тарелки:
(33)
где ?=4,5 - коэффициент сопротивления неорошаемых колпачковых тарелок;
Сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения:
(34)
Где ? = 19,9410-3 - поверхностное натяжение жидкости при средней температуре в верхней части колонны 930С (у бензола и толуола практически одинаковое поверхностное натяжение); d0=0,07608 - эквивалентный диаметр прорезей колпачка.
Сопротивление парожидкостного слоя на тарелке:
Па, (35)
где k - относительная плотность газожидкостного слоя (приближенно k = 0,5).
Общее гидравлическое сопротивление тарелки в верхней части колонны (32):
.
б) нижняя часть колонны(ведем расчет по уравнениям 32-35):
;
hг-ж = hсп + ?h + hд - hз ,
где hз - зазор между основанием тарелки и колпачком, hз = 14 мм
hг-ж = 0,02 + 0,0269 + 0,003266- 0,014 = 0,0362 м
Па
Общее гидравлическое сопротивление тарелки в нижней части колонны:
.
Проверим, соблюдается ли при расстоянии между тарелками 0.5 необходимое для нормальной работы тарелок условие
, (36)
Для тарелок нижней части колонны, у которых гидравлическое сопротивление ?? больше, чем у тарелок верхней части:
Следовательно, вышеуказанное условие соблюдается.
Для оценки брызгоуноса применим соотношение:
,(37)
где ? - скорость газа в полном сечении колонны, м/с;
Су - коэффициент для колпачковых тарелок Су = ;
Нс - высота сепарационного пространства, м;
Нс = h - (hг-ж.ср + hз - hд) = 0,5 - (0,3605 + 0,014 - 0,004) =0,545 м (38)
?в - поверхностное натяжение воды при средней температуре в колонне
tср = 98,35С;
? - поверхностное натяжение смеси при tср = 98,35С
Величина е < 0,1 кг/кг, что удовлетворяет нормальной работе тарелки.
Рассчитаем время пребывания жидкости в переливном устройстве:
с , (39)
где h - расстояние между тарелками, м;
Sпер - площадь сечения перелива (по каталогу), м;
Vж - объемный расход жидкости по колонне,м3/с
Сравниваем полученную величину с допустимым значением:
с , (40)
где k - коэффициент, характеризующий вспениваемость жидкости в переливном устройстве.
Для нормальной работы без захлебывания необходимо, чтобы выполнялось условие : ? '< ? . Как показали расчеты, условие выполняется, т.е 3,94c < 15,79 c.
Определим максимально допустимую скорость жидкости в переливном устройстве:
?'max = 0,17k = 0,170,19 = 0,153 м/с (41)
?'max = м/с (42)
?'max = м/с , (43)
где k - коэффициент, зависящий от свойств разделяемой смеси;
h - расстояние между тарелками, м.
Максимально допустимая скорость в переливном устройстве выбирается наименьшей из выше рассчитанных (уравнения 41 - 43). То есть ?'max = 0,143 м/с.
Фактическая скорость в переливном устройстве :
?' = м/с (44)
2.5 Определение числа тарелок и высоты колонны
Наносим на диаграмму y - x рабочие линии верхней и нижней части колонны (Приложение 1) и находим число ступеней изменения концентрации nТ. В верхней части колонны , в нижней части , всего 12 ступеней.
Число тарелок рассчитываем по уравнению:
(45)
Для определения среднего к.п.д. тарелок находим коэффициент относительной летучести разделяемых компонентов и динамический коэффициент вязкости исходной смеси при средней температуре в колонне, равной 98,350С.
При этой температуре давление насыщенного пара бензола
Рб = 1286,25, толуола РТ = 531,569, откуда
? = 1286,25/531,569 = 2,42.
Динамический коэффициент вязкости бензола при 98,350С равен 0.259, толуола 0.266. Принимаем динамический коэффициент вязкости исходной смеси = 0.263= 0.26310-3.
Тогда
(46)
По графику находим (рис. 7.4) ? = 0.54. Длина пути жидкости на тарелке
.(47)
По графику (рис. 7.5) находим значение поправки на длину пути ?=0.15. Средний к.п.д. тарелок:
(48)
Для сравнения рассчитаем средний к.п.д. тарелки ?0 по критериальной формуле, полученной путем статической обработки многочисленных опытных данных для колпачковых тарелок:
(49)
В этой формуле безразмерные комплексы:
(50)
(51)
где - скорость пара в колонне, ;
- относительная площадь свободного сечения тарелки;
- высота сливной перегородки, ;
и - плотности пара в жидкости, ;
- коэффициент диффузии легколетуч?/p>