Расчет и проектирование ректификационной колонны насадочного типа (126009)

Посмотреть архив целиком

Министерство Высшего и среднего специального образования Российской Федерации


Нижегородский Государственный Технический Университет





ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине

ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ”


Тема: РАСЧЁТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЫ НАСАДОЧНОГО ТИПА


Задание №8




Руководитель

Епифанова В. С.


Студент

Декабрьский В.В.




Нижний Новгород

2008 г.



СОДЕРЖАНИЕ


Задание

  1. Материальный баланс

  2. Определение скорости пара и диаметра колонны

  3. Расчёт высоты насадки

  4. Расчёт гидравлического сопротивления насадки



Задание:

Рассчитать и спроектировать колонну ректификации для разделения смеси этанол-вода, поступающей в количестве 10 тонн в час. Состав исходной смеси 40 % массовых этанола и 60 % массовых воды, кубовый остаток содержит 1 % массовых этанола, дистиллят- 94 %. Ректификация производится при атмосферном давлении. Нагрев производится водяным паром р = 3 атм. Тип колонны- насадочная.





  1. Материальный баланс


Обозначим массовый расход дистиллята через GP кг/ч, кубового остатка через GW кг/ч.

Из уравнений материального баланса ректификационной колонны непрерывного действия


F = P + W ; F xF = P xP + W xW, находим

P + W = 10000 кг/ч

P х 0,94 + W * 0,01 = 10000 х 0,4

W = 5806,44 кг/ч

P = 4193,56


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


Питание:

ХF = _ хF / Мэ____ = 40/46,07 = 0,868 = 0,148

хF + 100 - хF 40 + 90 0,868 +5

Mэ M в 46,07 18


Дистиллят:

xP = xP/ Мэ = 94/46,07 = 2,04 = 0,86

хP + 100 – хP 94 + 90 2,04+0,333

Mэ М в 46,07 18


Кубовый остаток:

xW = хWэ = 1/46,07 = 0,022 = 0,004

хW + 100 – хW 1 + 99 0,022+5,5

Мэ Мв 46,07 18

Относительный мольный расход питания:

F = xP - xW = 0,86 – 0,004 = 0,856 =5,944

xF - xW 0,148 – 0,004 0,144


Откуда находим

W =

P = FW = 5.944-4.921 = 1.023


Определяем минимальное число флегмы по уравнению:

Rмин = xP - y*F = 0,86 - 0,33 = 2,912

y*F - xF 0,33 - 0,148


где y*F = 0,33 – мольную долю бензола в паре, равновесном с жидкостью питания, определяем по диаграмме y* - x. (рис.1)


Определяем число флегмы по уравнению:

R= 1,3 Rмин + 0,3 = 1,3 х 2,912 + 0,3 =4,086


Уравнение рабочих линий:

а) верхней (укрепляющей части колонны)


y =

y = 0.803x + 0.169


б) нижней (исчерпывающей) части колонны:


y =

y = 1,972x – 0,004

II. Расчёт скорости пара и диаметра колонны


Средние концентрации жидкости:

а) в верхней части колонны

x' ср = ( xF + xD) / 2 = (0,148 + 0,86) / 2 = 0,504


б) в нижней части колонны

x’’ср = (xF + xW ) / 2 = (0,148+0,004) / 2 = 0,076


Средние концентрации пара находим по уравнению рабочих линий:

а) в верхней части колонны

yср = 0,803 xср + 0,169 = 0,803 x 0,504 + 0,169 = 0,574


б) в нижней части колонны

y’’ср = 1,972 x’’ср - 0,004 = 1,972 х 0,076 – 0,004 = 0,146


Средние температуры пара определяем по диаграмме tx,y

а) при yср = 0,574 tср = 88 oС

б) при y’’ср = 0,146 t’’ср = 97 oС


Средние мольные массы и плотности пара:

а) М’ср = yср х Мэ + (1- yср ) Мв = 0,574 х 46,07 + 0,426 х 18 = 32,55 кг/кмоль

’ср = Mср х Tо = 32,55 х 273 = 1,1 кг/м3

22,4 х Tср 22,4 х 361

б) М’’ср = y’’ср х Мэ + (1- y’’ср ) Мв = 0,146 х 46,07 + 0,854 х 18 = 22,1 кг/кмоль

’’ср = М’’ср х Tо = 22,1 х 273 = 0,73 кг/м3

22,4 х T’’ср 22,4 х 370





Средняя плотность пара в колонне:

п(ср+’’ср ) / 2 = (1,1 + 0,73) / 2 = 0,915 кг/м3


Средние мольные массы жидкости:

а) М’ср = xср х Мэ + (1- xср ) Мв = 0,504 х 46,07 + 0,496 х 18 = 32,15 кг/кмоль

б) М’’ср = x’’ср х Мэ + (1- x’’ср ) Мв = 0,076 х 46,07 + 0,924 х 18 = 20,13 кг/кмоль


Температура в верху колонны при yP = 0,86 равняется 83 oС, а в кубе-испарителе при хW = 0,004 она равна 99 oС

Плотность жидкого этанола при 83oС э = 732 кг/м3, а воды в = 959 кг/м3 при 99 oС .


Принимаем среднюю плотность жидкости в колонне

ж= (732 + 959) / 2 = 845,5 кг/м3 .


Средние массовые расходы (нагрузки) по жидкости:

MP = 46.07*0.86+18(1-0.86) = 42.14

MF = 46.07*0.148+18(1-0.148) = 22.15


Средние массовые потоки пара:

кг/с

кг/с

Выбор рабочей 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 давлении, рабочую скорость можно принимать на 20— 30 % ниже скорости захлебывания.

Предельную фиктивную скорость пара п, при которой происходит захлебывание насадочных колонн, определяем по уравнению:

Вязкость жидких смесей х находим по уравнению:

lg х=xcp lg э+(1- xcp)lg в


Тогда

lg хВ=0,504 lg 0,435+(1- 0,504)lg 0,357

lg хН=0,076 lg 0,326+(1- 0,076)lg 0,284


хВ = 0,396 мПа*с

хН = 0,287 мПа*с


Предельная скорость паров:

отсюда ПВ = 1,9 м/с

отсюда ПН = 1,57 м/с


Примем рабочую скорость  на 30 % ниже предельной:

В = 1,9*0,7 = 1,33 м/с

Н = 1,57*0,7 = 1,1 м/с

Диаметр ректификационной колонны определяют из уравнения расхода:


d =


Тогда диаметр верхней и нижней части колонны со­ответственно равен:


dВ = = 1,87 м

dН = = 3,48 м


Выберем стандартный диаметр обечайки d = 3,5 м, одинаковый для обеих частей колонны. При этом действительные рабочие скорости паров в колонне будут равны:


В = 1,33(1,87/3,5)2 = 0,38 м/с

Н = 1,1(3,48/3,5)2 = 1,087 м/с


III. Расчёт высоты насадки


Высоту насадки Н рассчитывают по модифицированному уравнению массопередачи:

Н = noyhoy

noy - общее число единиц переноса по правой фазе

hoy - общая высота единицы переноса


noy =


Этот интеграл определяют обычно методом гра­фического интегрирования:

= SMxMy


где S-площадь, ограниченная кривой, yw и yp, и осью абсцисс.


noyН = = 4,6 noyВ = = 5,4 noy = = 10


Общую высоту единиц переноса hoy находим по уравнению аддитивности:


hoy = hy + hx


где hx и hy –частные производные единиц переноса соответственно в жидкой и паровой фазах; m – средний коэффициент распределения в условиях равновесия для соответствующей части колонны.

Отношение нагрузок по пару и жидкости G/L равно:

Для верхней части колонны


G/L =(R+1)/R = 5,086/4,086 = 1,245


Для нижней части колонны


G/L =(R+1)/(R+f) = 5,086/16,176 = 0,314


Здесь f = F MЭ/P MF = 5,944*46,07/1,023*22,15 = 12,09


Высота единицы переноса в жидкой фазе равна:

hx = 0,258 Ф с Pr Z

где с и Ф – коэффициенты определяемые по графику; Prx = – критерий Прандля для жидкости; Z – высота слоя насадки одной секции, которая из условия прочности опорной решётки и нижних слоёв насадки не должна превышать 3 м.


Высота единицы переноса в паровой фазе равна:


hy =


где - коэффициент определяемый по графику; Ls = L / 0.785d2 –массовая плотность орошения, кг/(м2 с); d – диаметр колонны;


в мПа х с)


Для расчёта hx и hy необходимо определить вязкость и коэффициенты диффузии в жидкой Dx и паровой Dy фазах. Вязкость паров для верхней части колонны:



где и - вязкости паров воды и этанола при средней температуре верхней части колонны; yВ =(yP + yF)/2 – средняя концентрация паров. Подставив получим:


yВ =(0,86 + 0,33)/2 = 0,595





= 0,368 мПа с


Аналогичным расчётом для нижней части колонны находим


=0,24 мПа с


Вязкости паров для верхней и для нижней частей колонны близки, поэтому можно принять среднюю вязкость паров в колонне = 0,304 мПа с

Коэффициент диффузии в жидкости при средней температуре t равен:


Dx = Dx 20 (1+b(t-20))


Коэффициенты диффузии в жидкости Dx 20 при 20оС можно вычислить по приближённой формуле:


Dx 20 =


Тогда коэффициенты диффузии в жидкости для верхней части колонны при 20оС


Dx В20 = = 9,3*10-9 м2


Температурный коэффициент


b = = 0,2= 0,017

Отсюда


DxВ = 9,3*10-9 (1+0,017(88-20)) = 20,05*10-9 м2


Аналогично находим для нижней части колонны


DxН = 9,3*10-9 (1+0,017(97-20)) = 21,47 м2


Коэффициент диффузии в паровой фазе


Dy =


Где Т- средняя температура в соответствующей части колонны; Р- абсолютное давление в колонне.

Тогда


DyВ = = 9,86*10-7 м2

DyH = 10,1*10-7 м2


Таким образом, для верхней части колонны:


hxВ = 0,258 * 0,068 * 0,92(0,396*10-3/852*20,05*10-9)0,530,15 = 0,09 м


Случайные файлы

Файл
dtlo.doc
121893.doc
131009.rtf
151693.rtf
121953.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.