Производительность колонны по дистилляту и кубовому остатку. Физико-химические свойства паровой и жидкой фаз для верха и низа колонны. Массовые и объемные расходы жидкости и пара. Гидравлическое сопротивление насадки. Высота ректификационной колонны.
Аннотация к работе
Процесс осуществляется путем контакта потоков пара и жидкости, имеющих различную температуру, и проводится обычно в колонных аппаратах, состоящих из собственно колонны, где осуществляется противоточное контактирование пара и жидкости, и устройств, в которых происходит испарение жидкости и конденсация пара - куба и дефлегматора. Основным типом колонных аппаратов большой производительности считаются ректификационные колонны с барботажными тарелками, а при необходимости самого малого перепада давления на одну теоретическую ступень разделения или при работе в коррозионной среде - колонны с насадкой. При периодической ректификации в нижнюю часть (куб) колонны, снабженной нагревательным устройством, загружают исходную смесь; образующийся пар поднимается верх и конденсируется в дефлегматоре (холодильнике), часть конденсата (флегмы) возвращается на орошение в верхнюю часть колонны, а оставшаяся жидкость отбирается. В насадочных массообменных аппаратах жидкость тонкой пленкой покрывает насадку и стекает по ней, при этом поверхность контакта с газообразной фазой определяется поверхностью насадки, свойствами жидкости и гидродинамическим режимом. Недостатком работы насадочной колонны является неравномерность распределения пара и жидкости по поперечному сечению, что приводит к - неодинаковой эффективности различных ее частей и низкой эффективности работы всей колонны в целом.Технологическая схема ректификационной установки представлена на рис. Исходную смесь из промежуточной емкости 1 центробежным насосом 2 подают в теплообменник 3, где она подогревается до температуры кипения. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну 4, где состав жидкости равен составу исходной смеси XF. Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике 5.Обе эти величины в значительной мере определяются гидродинамическим режимом работы колонны, который, в свою очередь, зависит от скоростей и физических свойств фаз, а также от типа и размеров насадок. В ректификационных колоннах, работающих при атмосферном давлении, для разделения агрессивных жидкостей, а также в случаях, когда не требуется частая чистка аппарата, обычно применяются кольца Рашига.Требуется разделить бинарную смесь метанол - этанол. Температуры кипения метанола и этанола равны 64,7 0С и 78,3 0С соответственно. Для дальнейших расчетов выразим концентрации исходной смеси, дистиллята и кубового остатка в мольных долях.Строим диаграмму равновесия между паром и жидкостью в системе метанол-этанол (рис. 2), используя данные по равновесию (таблица 1). Определим рабочее флегмовое число: R = ?·Rmin, где ? - коэффициент избытка флегмы (берем произвольно); На диаграмме отложим значения b, затем построим рабочие линии укрепляющей и исчерпывающей части колонны и нанесем линии, обозначающие теоретические тарелки. По количеству пиков, определим число теоретических тарелок ntc (рис.Средние концентрации паров и их температуры (по t-x, y диаграмме) (рис.Средние молярные массы паров: Мп = уср·Ммет (1 - уср)·Мэт, Мпв = 0,737·32 0,263·46,1 = 35,71 кг/кмоль.Плотность жидкости в верхней части колонны: ?жв = 1/ (в / ?мет (1 - в) / ?эт) = 1/ (0,609 / 748 0,391 / 746,4) = 747,37 кг/м3, где ?мет = 748 кг/м3 и ?эт = 746,4 кг/м3 - плотности метанола и этанола при t = 68 0С;Средняя вязкость жидкости в верхней части колонны: lg ?жв = хср.в·lg ?мет (1-хср.в)·lg ?эт, где ?мет = 3,26·10-4 Па·с и ?эт = 5,3·10-4 Па·с - вязкости метанола и этанола при t = 68 0С, lg ?жв = 0,692· lg 3,26·10-4 0,308· lg 5,3·10-4, ?жв = 3,78·10-4 Па·с;Для верха колонны: где ??мет и ??эт - поверхностные натяжения метанола и этанола соответственно при тср в = 68 0С, ??мет = 18,6·10-3 Н/м, ??эт = 18,3·10-3 Н/м.Средние массовые расходы жидкости в верхней и нижней части колонны: в = Lв·Мжв = 0,406·36,34 = 14,75 кг/с; Средние массовые расходы пара в верхней и нижней части колонны: в = G·Мпв = 0,494·35,71 = 17,64 кг/с; Средние объемные расходы жидкости в верхней и нижней части колонны: Vжв = в / ?жв = 14,75 / 747,37 = 1,97·10-2 м3/с; Средние объемные расходы пара в верхней и нижней части колонны: Vпн = в / ?пв = 17,64 / 1,273 = 13,86 м3/с;Предельную скорость пара ?з, при которой происходит захлебывание колонны, определим по формуле: lg = А - 1,75· · , где для парожидкостных систем А = - 0,125. Тогда диаметр верхней части колонны будет равен: Dв = = 2,05 м, нижней части колонны: Dн = = 2,52 м. После определения диаметра колонны, уточним его в соответствии с имеющимися нормалями.Nог определим путем графического интегрирования. Разобьем интервал концентраций от XW = 0,071 мол. дол. до XD = 0,936 мол. дол. Для каждого значения х определим по рис. 5 значение рабочей у и равновесной у* концентраций и вычислим величину 1 / (у* - у). Концентрации, мол. дол.