Расчет насадочной ректификационной колонны непрерывного действия, работающей под атмосферным давлением. Массовый расход дистиллята и кубового остатка. Определение высоты насадки. Выбор распределительных тарелок. Расчет поверхности теплообменников.
Аннотация к работе
Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение профессионального высшего образования. Расчет ректификационной колонны для разделения жидкой бинарной смеси бензол-толуол Разработал: Студент группы 63-4 Рассчитать установку непрерывного действия для разделения жидкой бинарной смеси - бензол - толуол.Возможность разделения жидкой смеси на составляющие ее компоненты ректификацией обусловлена тем, что состав пара, образующегося над жидкой смесью, отличается от состава жидкой смеси в условиях равновесного состояния пара и жидкости. Снизу вверх по колонне движутся пары, поступающие в нижнюю часть аппарата из кипятильника, который находится вне колонны, т. е. является выносным, либо размещается непосредственно под колонной. При выборе оптимальных условий работы ректификационной установки необходимо учитывать расход тепла и основные параметры (температуру и давление) теплоносителей - греющего пара и охлаждающей воды, а также требуемые размеры как самой колонны, так и соединенных с ней теплообменных аппаратов (кипятильника, нагревателя исходной смеси, дефлегматора и холодильника паров). Исходная смесь может поступать в колонну не только в жидком, но и в парообразном состоянии или в виде смеси жидкости и пара. Кипятильник, или куб предназначен для превращения в пар части жидкости, стекающей из колонны, и подвода пара в ее нижнюю часть (под насадку или нижнюю тарелку).Массовый расход дистиллята GF=5.5 кг/с (см. задание) Для дальнейших расчетов необходимо концентрации исходной смеси, дистиллята и кубового остатка выразить в массовых долях. масс масс масс Массовый расход кубового остатка-GW и массовый расход дистиллята-GD найдем из уравнений материального баланса Определяем минимальное число флегмы где YF*=0.51-мольная доля бензола в паре, равновесном с жидкостью питания, определяется по диаграмме Y*-XОба параметра 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. Наиболее правильно выбор оптимального типа и размера насадки может быть осуществлен на основе технико-экономического анализа общих затрат на разделение в конкретном технологическом процессе В ректификационных колоннах, работающих при атмосферном давлении , для разделения агрессивных жидкостей, а также в тех случаях, когда не требуется частая чистка аппарата, обычно применяют керамические кольца Рашига. Для данного случая примем насадку из керамических колец Рашига размером 50х50х5мм. Средние массовые расходы (нагрузки) по жидкости для верхней и нижней части колонны определяют из соотношений: , где MD и MF-мольные массы дистиллята и исходной смеси; МВ и МН-средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны.Отсюда диаметры верхней и нижней части колонны равны: Рационально принять стандартный диаметр обечайки d=1,2м одинаковым для обеих частей колонны.Высота насадки рассчитывается по уравнению: Эквивалентную высоту насадки hэ рассчитываем по уравнению: Вязкости паров бензола и толуола находим из номограммы с 9, №4 [4] при средней температуре пара в верхней и нижней частях колонны: тср.В=92,60С tcp.Н =1050C ?б.В= ?б.Н= ?т.В= ?т.Н= Высота насадки в верхней и нижней частях колонны, соответственно, равны: Общая высота насадки в колонне равна: С учетом того, что высота слоя насадки в одной секции Z=3м, общее число секций в колонне составляет 6 (4 секции в верхней части и 2 в нижней части).В соответствии с рассчитанным выше диаметром колонны по приложениям (стр.220-221 [2]) подбираем стандартную колонну и тарелки. Принимаем к установке колонный аппарат диаметром 1200 мм; колонна компонуется из распределительных тарелок типа ТСН-111 и перераспределительных тарелок типа ТСН-11. Диаметр колонны D, мм Рабочее сечение колонны, м2 Сечение слива, м2 Мах допустимая нагрузка по жидкости, м3/м2*ч Число отверстий для слива жидкости n1 Масса тарелки, кг. Гидралическое сопротивление насадочных колонн для систем газ-жидкость и пар-жидкость в точке инверсии может быть рассчитано по следующей формуле: Таблица 2 - Техническая характеристика перераспределительных тарелок типа ТСН-II Диаметр колонны D, мм Рабочее сечение колонны, м2 Сечение слива, м2 Мах допустимая нагрузка по жидкости, м3/м2*ч Число отверстий для слива жидкости n1 Масса тарелки, кг.Для турбулентного режима коэффициент сопротивления сухой насадки в виде беспорядочно рассыпанных колец Рашига определяется по формуле: Потеря давления на 1 м высоты сухой насадки: Сопротивление орошаемой насадки в верхней части колонны: Сопротивление слоя насадки верхней части колонны:Определяем число Рейнольдса: Эквивалентный диаметр насадки: Режим движения-турбулентный.