Колонна ректификации для разделения смеси "Этиловый спирт-ацетон"

Дипломная работа - Химия

Другие дипломы по предмету Химия

?асход питания:

 

Кривую равновесия (см. график 1, х-у) строим по таблице:

t, C% (мол) метилового спиртаВ жидкости, ХВ паре, У56,110010057,1787,591,958,6773,682,760,6758,072,662,8944,463,665,2233,955,566,7227,649,470,1117,537,672.2212,129,775,065,817,378,300

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

График 1

Кривая равновесия

 

По графику находим =0,565 при =0,35.

Определяем минимальное число флегмы:

 

 

Рабочее число флегмы:

 

R=1,3Rmin = 1,31,7 = 2,2

 

Определяем уравнения рабочих линий :

а) Для верхней (укрепляющей) части колонны:

 

y = 0,688x + 0,291

б) Для нижней (исчерпывающей) части колонны:

 

 

y = 1,55x - 0,011

 

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ПАРА И ДИАМЕТРА КОЛОННЫ

 

4.1 Средние концентрации НКК в жидкости

 

В верхней части колонны

 

 

В нижней части колонны

 

[1, стр.258]

 

4.2 Средние концентрации НКК в паре:

 

Находим по уравнениям рабочих линий:

В верхней части колонны

 

 

В нижней части колонны

 

 

 

4.3 Средние температуры пара определяем по диаграмме t-x,y:

 

График 2

Диаграмма t-x,y

 

при у`ср=0,73: t`ср=60,6 0С (Т`ср=t`ср+Т0=333,6 К);

при у``ср=0,28: t``ср=72,6 0С (Т``ср=t``ср+Т0=345,6 К).

 

4.4 Средние мольные массы и плотности пара:

 

 

4.5 Средняя плотность пара в колонне

 

 

Температура в верху колонны при хD=0,93 (см. график 2) равняется 56,7 0С, а в кубе-испарителе при хW=0,02 она равна 77 0С (см. рис. 4).

Плотность уксусной кислоты при 56,7 0С: ?сп.=766 кг/м3, ацетона: ?ац=760,6кг/м3.

Принимаем среднюю плотность жидкости в колонне:

 

 

4.6 Определение скорости пара в колонне

 

 

где С - коэффициент, зависящий от конструкции тарелок, расстояния между тарелками, рабочего давления в колонне, нагрузки колонны по жидкости.

?ж ?п - плотности жидкости и пара, кг/м3.

Т. к. в нашем случае ?ж >> ?п, то формулу можно переписать следующим образом:

 

 

По [1, стр.215] принимаем расстояние между тарелками h=460 мм. Для колпачковых тарелок находим значение коэффициента С=0,05. [2, стр.323, рис. 7.2]

Скорость пара в колонне:

Определяем среднюю температуру в колонне:

 

0С; тогда

 

Определяем объемный расход проходящего через колонну пара при средней температуре:

ректификационный колонна пар дистиллят

 

где MD - мольная масса дистиллята, равная:

 

 

4.7 Определение диаметра колонны

 

 

На основании полученного результата выбираем стандартный диаметр колонны [3, стр. 74, табл.7) D=1400 мм.

Тогда, с учетом выбранного диаметра, скорость пара в колонне будет:

 

 

5. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТАРЕЛОК

 

По [3, стр.74, табл.7] для колонны d=1400 мм выбираем колпачковую однопоточную тарелку ТСК-Р со следующими конструктивными размерами:

свободное сечение колонны 1,54 м2

длина линии барботажа 15,4 м

периметр слива Lсл=1,09 м

площадь слива Fсл= 0,198 м2

свободное сечение тарелки F0=0,162м2

рабочая площадь тарелки, Fp=1,12м2

относительная площадь для прохода паров Fc=10,5%

число колпачков n=49

длина пути жидкости Lж=0,933м

диаметр колпачков dk=100 мм

относительное сечение перелива 13,1 %

высота колпачка hk=55 мм

высота прорези колпачка l=15мм

Рассчитаем гидравлическое сопротивление тарелки в верхней и в нижней части колонны по формуле :

 

[1, с.228]

 

?рсух - гидравлическое сопротивление сухой тарелки

?р? - сопротивление обусловленное силами поверхностного натяжения (им пренебрегаем и расчет не приводим) - [1, с.228]

?рпж -сопротивление парожидкостного слоя на тарелке

верхняя часть колонны:

 

? - коэффициент сопротивления; ? = 4,5 [1, стр.228]

- плотность пара в верхней части колонны ( =2,0 кг/м3)

?0 - скорость пара в прорезях колпачка, м/с

 

 

w-скорость пара в колонне

 

 

k - отношение плотности пены к плотности чистой жидкости (принимаем 0,5)

- средняя плотность жидкости в колонне ( =763,3 кг/м3)

- высота колпачка; =0,55 м

 

 

нижняя часть колонны:

Проверим, соблюдается ли расстояние между тарелками h = 0,46 м, необходимое для нормальной работы тарелок условие:

 

 

Следовательно, вышеуказанное условие соблюдается.

 

 

6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ТАРЕЛОК И ВЫСОТЫ КОЛОННЫ

 

Откладываем на оси абсцисс точки А,В,С, соответствующие составам кубового остатка (xw), исходной смеси (xF) и дистиллята(xD).

Через точки А и С проводим вертикальные прямые до диагонали и находим точки А1 и С1.

Откладываем на оси ординат отрезок ОD, длина которого определяется:

 

О [1, стр.255]

 

Через точки С1 и D проводим отрезок С1D, а через точку В-вертикаль и на их пересечении ставим точку В1. Соединяем точки А1 и В1.

С1В1 - линия рабочих концентраций укрепляющей части колонны

А1В1 - линия рабочих концентраций исчерпывающей части колонны

Число теоретических тарелок, nт=17,7

Расчет действительных тарелок рассчитывается по уравнению:

 

h-среднее КПД тарелок

 

Для определения среднего КПД тарелок находим коэффициент относительной летучести разделяемых компонентов:

 

? = Рнкк./Рвкк.

&