Проектирование ректификационной установки для разделения смеси бинарной бензол - уксусная кислота, производительностью по дистилляту 200 кг/ч
Курсовой проект - Химия
Другие курсовые по предмету Химия
µй скорости паров обусловлен многими факторами и обычно осуществляется путем технико-экономического расчета для каждого конкретного процесса. Для ректификационных колонн, работающих в пленочном режиме при атмосферном давление, рабочую скорость можно принять на 20-30 % ниже скорости захлёбывания. Предельную фиктивную скорость пара , при которой происходит захлёбывание насадочных колонн, определяют по уравнению:
где - предельная скорость пара в критических точках, м/с; а - удельная поверхность насадки, м2/м3; ? - свободный объём насадки, м3/м3; ?х - динамический коэффициент вязкости жидкости, мПа•с; и - массовые расходы жидкой и паровой (газовой) фаз, кг/с; и - плотность пара и жидкости соответственно, кг/м3; А и В - коэффициенты.
Выбираем кольца Рашига 50 мм:
Верх:
Низ:
Рабочая скорость пара (газа) рассчитывается по соотношению:
Для определения диаметра колонны пользуются формулой:
где - объёмный расход пара (газа) при рабочих условиях в колонне, м3/с.
Выбираем стандартный аппарат с диаметром 0.4 м для обеих частей колонны и уточняем рабочую скорость пара и
Уточнённую рабочую скорость проверяют по графической зависимости Эдулджи, где комплексы Y и X имеют следующий вид:
где - критерий Фруда рассчитывается по номинальному размеру насадки d (м); - критерий Рейнольдса (условный), также рассчитывается по номинальному размеру d; и - соответственно плотность воды и орошаемой жидкостью, кг/м3.
где и - объёмные расходы жидкости и пара (газа), м3/с; U - плотность орошения.
Расчет плотности орошения производится по формуле:
где U - плотность орошения, м3/(м2•с); Vx - объёмный расход жидкости, м3/с; S - площадь поперечного сечения колонны, м2.
Критерий Рейнольдса:
Критерий Фруда:
Рассчитаем комплексыY и X:
Точки (Xв,Yв) и (Xн, Yн) лежат ниже линии захлебывания, которая соответствует неустойчивому режиму работы. Это означает, что работа колонны устойчива и выбор диаметра колонны правильный.
Определение гидравлического сопротивления 1 м насадки:
где скорость пара (газа) в свободном сечении насадки (действительная);
В результате получаем:
Полученный результат меньше допустимого, следовательно, необходимые параметры выбраны верно!
Активная поверхность насадки. При нагрузках ректификационной насадочной колонны ниже точки подвисания в большинстве случаев не вся поверхность насадки смочена жидкостью и не вся смоченная поверхность активна для процесса массопереноса. Доля активной поверхности насадки, участвующей в процессе массопереноса. Определяется по соотношению:
где U - плотность орошения, м3/(м2с)
a - удельная поверхность насадки, м2/м3
p и q - постоянные, зависящие от типа и размера насадки (кольца Рашига 50 мм: 1.019 10-5 и 0.0086)
При расчете были соблюдены минимальные допустимые значения , следовательно, были правильно выбраны диаметр колонны и размер насадки кольца Рашига 50 мм.
Расчет высоты насадки и колонны.
Высоту насадки Н рассчитываем по модифицированному уравнению массопередачи.
Общее число единиц переноса вычисляют по уравнению:
Обычно этот интеграл определяют численными методами или методами графического интегрирования. Используем численный метод трапеции и программный код Mathcad находим общее число единиц переноса в верхней и нижней части колонны:
Находим общую высоту единиц переноса:
где - тангенс угла наклона рабочей линии или удельный расход жидкой фазы,. и - частные высоты единиц переноса по паровой и жидкой фазам, м.
Высота единицы переноса по паровой фазе:
где - высота единицы переноса по паровой фазе, м; ?- коэффициент, определяемый по рис; - диффузионный критерий Прандтля; - массовая плотность орошения, ; - массовый расход жидкости, ; D - диаметр колонны, м; z - высота насадки одной секции (z не должна превышать - 3 м), м; , - динамический коэффициент вязкости жидкости, мПа•с;;
,
и - поверхностное натяжение воды при и жидкости при средней температуре в колонные, .
Высота единицы переноса для жидкой фазы:
ректификационная колонна смесь бензол
где - высота единиц переноса по жидкой фазе, м; Ф и с - коэффициенты, определяемые по рис. из учебных пособий; - диффузионный эффект Прандтля. Выбранные коэффициенты из графика:
в: Ф =0,05 , с =1 , =200 ,
н: Ф =0,05 , с =1 , =215 ,
Рассчитаем высоту чисел переноса по жидкости:
.
.
Тогда высота чисел переноса по пару равна:
Общая высота единиц переноса для верхней и нижней частей колонны:
Высота насадки для верха и низа колонны:
Общая высота насадки колонны:
Общую высоту колонны определяют по формуле:
где - высота насадки одной секции