Расчет ректификационной колонны (125392)

Посмотреть архив целиком

Введение


Ректификация – массообменный процесс разделения однородной смеси летучих компонентов, осуществляемый путем противоточного многократного взаимодействия паров, образующихся при перегонке, с жидкостью, образующейся при конденсации этих паров.

Разделение жидкой смеси основано на различной летучести веществ. При ректификации исходная смесь делится на две части: дистиллят – смесь, обогащенную низкокипящим компонентом (НК), и кубовый остаток – смесь, обогащенную высококипящим компонентом (ВК).

Процесс ректификации осуществляется в ректификационной установке, основным аппаратом которой является ректификационная колонна, в которой пары перегоняемой жидкости поднимаются снизу, а навстречу парам стекает жидкость, подаваемая в виде флегмы в верхнюю часть аппарата.

Процесс ректификации может протекать при атмосферном давлении, а также при давлениях выше и ниже атмосферного. Под вакуумом ректификацию проводят, когда разделению подлежат высококипящие жидкие смеси. Повышенное давление применяют для разделения смесей, находящихся в газообразном состоянии при более низком давлении. Атмосферное давление принимают при разделении смесей, имеющих температуру кипения от 30 до 150ْ С.

Степень разделения смеси жидкостей на составляющие компоненты и чистота получаемых дистиллята и кубового остатка зависят от того, насколько развита поверхность контакта фаз, от количества подаваемой на орошение флегмы и устройства ректификационной колонны.

Ректификация известна с начала XIX века как один из важнейших технологических процессов главным образом спиртовой и нефтяной промышленности. В настоящее время ректификацию все шире применяют в самых различных областях химической технологии, где выделение компонентов в чистом виде имеет весьма важное значение (в производствах органического синтеза, изотопов, полимеров, полупроводников и различных других веществ высокой чистоты).


1. Расчет ректификационной колонны


1.1 Материальный баланс процесса


Составляем материальный баланс для определения количеств и состава веществ, участвующих в процессах ректификации.

Материальный баланс колонны, обогреваемой паром:


, (1.1)


где GF—производительность установки по исходной смеси, GД –производительность установки по дистилляту, GW— производительность установки по кубовому остатку.

Материальный баланс для НК:


, (1.2)


где хF, xД, хW— массовая доля легколетучего компонента в исходной смеси, дистилляте, кубовом остатке соответственно. Преобразуем выражение (1.2)


,

3,06·28=(3,06-GW)86+ GW ·0,5,

3,06·28=3,06·86- GW ·86+ GW ·0,5,

85,68=263,16- GW ·85,5,

,

GW =2,08 кг/с.


Из уравнения (1.1) определяем расход дистиллята, кг/с.


GД=GF-- GW,

GД =3,06-2,08=0,98 кг/с.


Для дальнейших расчётов выразим концентрации исходной смеси, дистиллята и кубового остатка в мольных долях.

Исходная смесь:


. (1.3)


Дистиллят:


. (1.4)


Кубовый остаток:


, (1.5)


где Мв ,М э— молярная масса воды и этилового спирта соответственно. Мв =18, М э=46.


,

,

.


1.2 Определение минимального флегмового числа


Для определения минимального флегмового числа строим кривую равновесия, предварительно выполнив расчет равновесного состава жидкости и пара смеси этанол—вода.


Таблица 1— Равновесный состав жидкости и пара смеси этиловый спирт—вода

t, ْC

х, мол

у, мол

t=100

0

0

t=90,5

0,05

0,332

t=86,5

0,1

0,442

t=83,2

0,2

0,531

t=81,7

0,3

0,576

t=80,8

0,4

0,614

t=80

0,5

0,654

t=79,4

0,6

0,699

t=79

0,7

0,753

t=78,6

0,8

0,818

t=78,4

0,9

0,898

t=78,4

1,0

1,0


Проводим прямую CВ, для этого на диагонали наносим точку С с абсциссой хД=0,71, а на кривой равновесия точку В с абсциссой хF=0,132 (см. прил.) Измерив отрезок вмах, отсекаемый прямой СВ на оси ординат находим Rmin по формуле:


, (1.6)


откуда выражаем значение минимального флегмового числа:


,

.


В уравнение рабочих линий входит рабочее флегмовое число R, определяемое как


, (1.7)


1.3 Построение рабочих линий укрепляющих и исчерпывающей частей колонны. Определение числа теоретических тарелок


Чтобы определить количество тарелок, надо графически изобразить линии рабочего процесса в колонне. Колонну непрерывного действия от места ввода исходной смеси делят на две части: верхняя часть колонны называется укрепляющей, а нижняя часть— исчерпывающей. При построении линий рабочих концентраций укрепляющей и исчерпывающей части колонны откладываем на оси ординат отрезок ОД, длина которого определяется соотношением:


, (1.8)


Через точки С и Д проводим прямую СД, а через точку В—вертикаль до пересечения с линией СД и получаем точку В1, соединив ее с А и С, получаем СВ1 – линия рабочих концентраций укрепляющей части колонны, АВ1 – линия концентраций исчерпывающей части колонны.

Число теоретических тарелок определяем путем построения ступенчатой линии между линией равновесия и линиями рабочих концентраций в пределах от хД до хW. Количество теоретических тарелок в нижней части –3, в верхней части колонны — 5. Всего 8 теоретических тарелок.


1.4.1 Определение КПД тарелки

Для выбора КПД тарелки η воспользуемся обобщенным опытным графиком [5, рис. 90]

В зависимости КПД от произведения относительной летучести α на коэффициент динамической вязкости µ перегоняемой смеси.

Относительная летучесть α, динамические коэффициенты вязкости смеси µ и отдельных компонентов определяются при температурах кипения исходной смеси, дистиллята и кубового остатка, определяемые по диаграмме tx,y (см. прил).

Относительную летучесть находим по формуле:


, (1.9)


где Рэ, Рв – давление насыщенного пара низкокипящего и высококипящего компонента соответственно, Па.

Для исходной смеси:


t=85°C ,


для дистиллята:


t=79°С ,


для кубового остатка:


t=99°C .


По номограмме V [4] определяем коэффициент динамической вязкости:

t=85°C µэ=0,38·10-3 Па µв=0,299·10-3 Па

t=79°С µэ=0,44 ·10-3 Па µв=0,344·10-3 Па

t=99°C µэ=0,3·10-3 Па µв=0,287 ·10-3 Па


Вязкость исходной смеси, дистиллята и кубового остатка определяем по формуле:


, (1.10)


где хЭ , хВ – молярные доли компонентов (воды и этилового спирта);

µэ, µв – вязкость компонентов жидкой смеси при температуре смеси.

Для исходной смеси:


,


Для дистиллята:


,


Для кубового остатка:


,


Определяем произведение α,µ и выбираем соответствующее КПД [5]:


η1=0,53,

η2=0,5,

η3=0,59.


Средний КПД тарелки:

, (1.11)

.


Для укрепляющей части колонны действительное число тарелок


,

.


Для исчерпывающей части колонны


,

.


1.4.2 Определение объёмов и объёмных скоростей пара и жидкости, проходящих через колонну

Средняя плотность жидкости:


, (1.12)


где - средняя массовая концентрация НК в жидкости, которая определяется:

  1. для верхней части колонны:


, (1.13)

,


  1. для нижней части колонны:


(1.14)

.


Плотности НК и ВК в формуле (1.12) необходимо выбрать при средней температуре, tср в нижней и верхней части колонны:


, (1.15)

,

,

.


По таблице IV, XXXIX [4] определяем плотность ρ в зависимости от температуры t

При tв ср=82°С


Случайные файлы

Файл
4866-1.rtf
130945.rtf
rezan.doc
55279.rtf
38301.doc




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.