Скорость пара и диаметр колонны — КиберПедия 

Семя – орган полового размножения и расселения растений: наружи у семян имеется плотный покров – кожура...

Кормораздатчик мобильный электрифицированный: схема и процесс работы устройства...

Скорость пара и диаметр колонны

2020-12-08 56
Скорость пара и диаметр колонны 0.00 из 5.00 0 оценок
Заказать работу

Рассчитываем средние концентрации низкокипящего компонента в жидкости и в паре, затем определяем средние температуры жидкости и пара по высоте колонны. Определяем средние концентрации ацетона в жидкости:

а) в верхней части колонны

 (II.4.1)

 

б) в нижней части колонны

 (II.4.2)

 

Средние температуры жидкости определяем по диаграмме t – х,у (рисунок 1)

При хв.ср=0,5 tж.в=67,250С

При хн.ср=0,12 tж.н=77,750С

Средняя плотность жидкости по высоте колонны определяется по уравнению

 

 (II.4.3)

 

где ρа ρЭ – плотности низкокипящего и высококипящего компонентов при средней температуре в колонне, соответственно, кг/м3:

а) в верхней части колонны


ректификация колонна тепловой оборудование

б) в нижней части колонны

 

 

Для колонны в целом

 

 (II.4.4)

Определяем средние концентрации ацетона в паре:

а) в верхней части колонны

 

 (II.4.5)

 

б) в нижней части колонны

 

 (II.4.6)

 

Средние температуры пара определяем по диаграмме t – х,у (рисунок 1)

 

При ув.ср=0,675 tп.в=68,570С

При ун.ср=0,273 tп.н=77,570С


Средние молекулярные массы и плотности пара:

а) в верхней части колонны

средняя молекулярная масса пара

 

; (II.4.7)

 

средняя плотность пара

 

 (II.4.8)

 

б) в нижней части колонны

средняя молекулярная масса пара

 

 (4.9)

 

средняя плотность пара

 

 (II.4.10)

 

Тогда средняя плотность пара в колонне

 

 (II.4.11)


Допустимую скорость пара в колонне определяют по уравнению

 

 (II.4.12)

 

где ρж и ρп – плотности жидкости и пара, кг/м3; С – коэффициент, величина которого зависит от конструкции тарелки, расстояния между тарелками и поверхностного натяжения жидкости.

Принимаем предварительно расстояние между тарелками hм.т=300мм. По рисунку 10 [3] значение коэффициента С=375.

Тогда скорость пар в колонне

 

 (II.4.13)

 

Диаметр ректификационной колонны

 

 (II.4.14)

 

где Vп – объемный расход пара, поступающего в дефлегматор, м3/с,

 

 (II.4.15)

 

где МD – мольная масса дистиллята, кг/кмоль,


 

Тогда

 (II.4.16)

 

Диаметр колонны

 

По каталогу [1] принимаем диаметр типовой колонны 1,0м. При этом действительная скорость пара в колонне

 

 (II.4.17)


ВЫСОТА КОЛОННЫ

Высоту колонны определяем графо-аналитическим методом, т.е. последовательно рассчитываем коэффициенты массоотдачи, массопередачи, коэффициенты полезного действия тарелок; строим кинетическую кривую и определяем число действительных тарелок.

Коэффициент массоотдачи в паровой фазе

 

 (III.1)

 

где Dп – коэффициент диффузии паров компонента А в парах компонента В, рассчитывается по формуле

 

 (III.2)

 

где Т – температура, К; p – абсолютное давление, кгс/см2; МА, МВ – мольные массы компонентов А и В; νА, νВ – мольные объемы компонентов А и В, определяемые как сумма атомных объемов элементов, входящих в состав пара [2].

Rе – критерий Рейнольдса для паровой фазы

 

 (III.3)

 

где μп – динамический коэффициент вязкости пара, Па·с.


 (III.4)

 

где Мср.п, МА, МВ – мольные массы пара и отдельных компонентов, кг/кмоль; μср.п, μА, μВ – соответствующие им динамические коэффициенты вязкости; уА, уВ – объемные доли компонентов смеси.

Коэффициент диффузии паров ацетона в парах этилового спирта:

а) в верхней части колонны

 

 

б) в нижней части колонны

 

 

Коэффициент динамической вязкости смеси паров ацетона и этилового спирта:

а) в верхней части колонны при температуре 68,570С, μАп=0,2165 мПа·с, μВп=0,691 мПа·с.

 

 

б) в верхней части колонны при температуре 77,570С, μАп=0,203 мПа·с, μВп=0,592 мПа·с.

 

 

Критерий Рейнольдса для паровой фазы:

а) в верхней части колонны

 

 

б) в нижней части колонны

 

 

Коэффициент массоотдачи в паровой фазе:

а) в верхней части колонны

 

 

б) в нижней части колонны

 

 

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе


,

 

где Dж – коэффициент диффузии в жидкости, м2/с; Мж.ср – средняя мольная масса жидкости в колонне, кг/кмоль:

а) в верхней части колонны

 

 

 

б) в нижней части колонны

 

 

 - диффузионный критерий Прандля

 (III.5)

 

Коэффициент диффузии в жидкости при 200С можно вычислить по приближенной формуле

 

 (III.6)

 

где μж – динамический коэффициент вязкости жидкости, мПа·с;

МА, МВ – мольные массы компонентов А и В,кг/кмоль; νА, νВ – мольные объемы компонентов А и В, кг/кмоль; А и В – коэффициенты зависящие от свойств низкокипящего и высококипящего компонентов.

Коэффициент диффузии пара в жидкости Dt связан с коэффициентом диффузии D20 следующей приближенной зависимостью,

 

 (III.7)

 

в которой температурный коэффициент b может быть определен по эмпирической формуле

 

 (III.8)

 

где μ – динамический коэффициент вязкости жидкости при 200С, мПа·с; ρ – плотность жидкости, кг/м3.

Динамический коэффициент вязкости жидкости

 

 (III.9)

 

а) в верхней части колонны при t=67,250С

 

μА=0,2195 мПа·с

μВ =0,713 мПа·с

 

б) в нижней части колонны при t=77,75≈780С

 

μА=0,203 мПа·с

μВ =0,592 мПа·с

 

Коэффициент диффузии ацетона в жидком этиловом спирте при t=200С:

а) для верхней части колонны

 

 

б) для нижней части колонны

 

 

Температурный коэффициент принимаем равным b=0,0234.

Тогда

а) для верхней части колонны

 

 

б) для нижней части колонны

 


Критерий Прандля:

а) для верхней части колонны

 

 

б) для нижней части колонны

 

.

 

Определяем коэффициенты массоотдачи:

а) для верхней части колонны

 

 

б) для нижней части колонны

 

 

Коэффициенты массопередачи определяем по уравнению

 

 (III.10)

 

где m – тангенс угла наклона линии равновесия на рабочем участке.

Для определения угла наклона разбиваем ось х на участки и для каждого их них находим среднее значение тангенса как отношение разности (у*-у) к разности (х-х*) в том же интервале, т.е.

 

 (III.11)

 

Подставляя найденные значения коэффициентов массоотдачи βп и βж и тангенсов углов наклона линии равновесия в уравнение, находим величину коэффициента массопередачи для каждого значения х в пределах от хW до хD.

Полученные значения Ку используем для определения числа единиц переноса nу в паровой фазе

 

, (III.12)

 

где φ – отношение рабочей площади к свободному сечению колонны, примем φ=0,8.

Допуская полное перемешивание на тарелке, имеем

 

 (III.13)

 

где η – КПД тарелки.

Результаты приведенных выше расчетов, сводим в таблицу 3.


Таблица3 – Параметры, необходимые для построения кинетической кривой

x xW 0,13 0,19 xF 0,3 0,5 0,7 0,8 xD
tgα=m 1,97 1,78 1,44 1,23 1,21 0,92 0,7 0,62 0,59
Ky·10-3 4,38 4,435 4,53 4,59 4,6 4,69 4,76 4,79 4,8
ny 0,134 0,136 0,138 0,14 0,141 0,144 0,146 0,1469 0,1472
η 0,126 0,128 0,13 0,132 0,1321 0,1346 0,13638 0,1371 0,1324
AC, мм 26 20,5 7 3,5 23 49 52 46,5 43
AB, мм 3,3 2,6 0,91 0,462 3,04 6,59 7,12 6,38 5,9

 

Между кривой равновесия и линиями рабочих концентраций в соответствии с табличными значениями х проводим ряд прямых, параллельных оси ординат (рисунок 4).

Измеряем полученные отрезки А1С1, А2С2, А3С3 и т.д. и делим их в отношении η=АВ/АС, т.е. определяем величину отрезков А1В1, А2В2…….АnBn. Через найденные для каждого значения х точки В проводим кинетическую кривую, отображающую степень приближений фаз на тарелках к равновесию.

Число реальных тарелок nд находим путем построения ступенчатой линии между кинетической кривой и рабочими линиями в пределах от хD до хW.

Получаем 94 тарелок (40 в верхней части колонны, 54 – в нижней), которые и обеспечивают разделение смеси в заданных пределах изменения концентраций.

Высота тарельчатой части колонны

 

 (III.14)


Общая высота колонны

 

 (III.15)

 

где hсеп – расстояние между верхней тарелкой и крышкой колонны, (высота сепарационного пространства), принимаем 0,8м (приложение А6 [3]); hкуб – расстояние между нижней тарелкой и днищем колонны, (высота кубовой части), принимаем 2м (приложение А6 [3]).

 

 

В соответствии с рассчитанным диаметром колонны по каталогу-справочнику [1] подбираем стандартную колонну и тарелки. Принимаем к установке колонный аппарат диаметром 1000мм; колонна компонуется из однопоточных неразборных тарелок типа ТСК – I ОСТ 26-01-282-74 с капсульными стальными колпачками. Общее число колпачков на тарелке – 37. Основные параметры тарелки приведены в таблице 4.

 

Таблица 4 – Характеристика колпачковой тарелки

Диаметр колонны (внутр.) D, мм 1000
Свободное сечение колонны, м2   0,78
Длина линии барботажа, м 9,3
Периметр слива Lс, м 0,8
Площадь слива, м2 0,05
Площадь паровых патрубков, м 0,073
Относительная площадь для прохода паров, % 9
Диаметр колпачка d, мм 80
Шаг t, мм 110
Масса колпачка в кг (при h=20мм, Нt=300мм) для исполнения 1 39

 



Поделиться с друзьями:

Архитектура электронного правительства: Единая архитектура – это методологический подход при создании системы управления государства, который строится...

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций...

Состав сооружений: решетки и песколовки: Решетки – это первое устройство в схеме очистных сооружений. Они представляют...

Автоматическое растормаживание колес: Тормозные устройства колес предназначены для уменьше­ния длины пробега и улучшения маневрирования ВС при...



© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!

0.093 с.