Расчет насадочной и тарельчатой ректификационных колонн для разделения смеси "вода – бензол": геометрические размеры - диаметр и высота. Принципиальная схема ректификационной установки. Определение нагрузок по пару и жидкости рабочим флегмовым числом.
Ректификация - массообменный процесс, который осуществляется в большинстве случаев в противоточных колонных аппаратах с контактными элементами (насадки тарелки) аналогичными используемым в процессе абсорбции. Тем не менее ряд особенностей процесса ректификации (различие соотношение нагрузок по жидкости и пару в нижней и верхней частях колонны, переменные по высоте колонны физические свойства фаз и коэффициент распределения, совместное протекание процессов массо-и теплопереноса) осложняет его расчет. В наибольшей степени это относится к колоннам диаметром более 800 мм с насадками и тарелками, широко применяемым в химических производствах. Большинство рекомендаций сводится к использованию для расчета ректификационных колонн кинетических зависимостей, полученных при исследовании абсорбционных процессов (в приведенных в данной главе примерах в основном использованы эти рекомендации). Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике 4.Расчет ректификационной колоны сводится к определению ее основных геометрических размеров - диаметра и высоты. Оба параметра в значительной мере определяются гидродинамическим режимом работы колоны, который, в свою очередь, зависит от скоростей и физических свойств фаз, а также от типа и размеров насадок. Ориентировочный выбор размера насадочных тел можно осуществить исходя из следующих соображений. Для данного случая примем насадку из керамических колец Рашига размером 50*50*5 мм.Производительность колонны по дистилляту GD кубовому остатку GW определим из уравнений материального баланса колонны: (1.1) Нагрузки ректификационной колонны по пару и жидкости определяются рабочим флегмовым числом R; его оптимальное значение Rопт можно найти путем технико-экономического расчета. YF - концентрация легколетучего компонента в паре, находящемся в равновесии с исходной смесью, кмоль/кмоль смеси. Один из возможных приближенных методов расчета R заключается в нахождении такого флегмового числа, которому соответствует минимальное произведение n? (R 1), пропорциональное объему ректификационной колонны (n - число ступеней изменения концентраций или теоретических тарелок, определяющее высоту колонны, а (R 1) - расход паров и, следовательно, сечение колонны). Средние массовые расходы (нагрузки) по жидкости для верхней и нижней частей колонны определяют из соотношений;Для ректификационных колон, работающих в пленочном режиме при атмосферном давлении, рабочую скорость можно принять на 20-30 % ниже скорости захлебывания. Придельную фиктивную скорость пара, при которой происходит захлебывание колонны находим по формуле: , (1.9) где ? - скорость пара, м/с; Найдем плотности жидкости и пара в верхней и нижней частях колонны при средних температурах в них, которые определим по диаграмме t-x, y (приложение 1): твер = 62°C тниз = 75°C Плотности ацетона и жидкого бензола при температуре смеси близки [2] поэтому можно принять: ?ац = ?бен = 793,02 кг/м3. Вязкость жидких смесей находим по уравнению [2]: lg?x = xcp · lg?в (1 - xcp) · lg?ук, (1.11) где ?х. вод. и ?х. ук - вязкости жидкого ацетона и бензола при температуре смеси [2]. ?х. ац. вер = 0,2279 МПА · с; ?х. бен. вер = 0,3806 МПА · с;Общее число единиц переноса вычисляют по уравнению: . Определяем состав пара в верхней и нижней части колонны, по уравнению рабочей линии [2]: а) верхней (укрепляющей) части колонны: , б) нижней (исчерпывающей) части колоны Рассчитаем вязкость паров в верхней и нижней части колонны: , (1.18) где ?ац и ?бен - вязкость паров ацетона и бензола при средней температуре верхней части колонны, МПА·с [3]; Рассчитаем коэффициент диффузии в жидкости для верхней части колонны при 20°С. Тогда коэффициент диффузии в жидкости для верхней части колонны при 20 0С равен: для верхней части колонны: , Для нижней части колонны: .Рассчитаем критерий Рейнольдса для пара в верхней и нижней частях колонны: . Тогда для верхней части колонны: , Для нижней части колонны: . Рассчитаем коэффициент сопротивления сухой насадки: . Рассчитываем гидравлическое сопротивление сухой насадки.Колонна с ситчатыми тарелками представляет собой вертикальный цилиндрический корпус с горизонтальными тарелками, в которых равномерно по всей поверхности просверлено значительное число отверстий диаметром 1-5 мм. Ситчатые тарелки устойчиво работают довольно широком интервале скоростей газа, причем в определенном нагрузок по газу и жидкость эти тарелки обладают высокой эффективностью. Расчетная часть: Рассчитать ректификационную колонну непрерывного действия с ситчатыми тарелками для разделения под атмосферным давлением 2,08 кг/ч жидкой смеси, содержащей 22 % (мол. дол.) воды и 67 % (мол. дол.) уксусной кислоты.В данном случае скорости верхней и нижней части колоны мало отличаются друг от друга; используем в расчете среднию скорость паров: м/с. Принимаем средний массовый поток пара в колонне G равным полусумме Gв и Gн: G = (1,04 0,90) /2 = 0,969 кг/с.
План
Содержание
Введение
1. Расчет насадочной ректификационной колонны непрерывного действия
1.1 Материальный баланс колонны и рабочее флегмовое число
1.2 Скорость пара и диаметр колонны
1.3 Расчет высоты насадки
1.4 Расчет гидравлического сопротивления насадки
2. Расчет тарельчатой ректификационной колонны
2.1 Скорость пара и диаметр колонны
2.2 Высоты колонны
2.3 Высота светлого слоя жидкости на тарелке и паросодержание барботажного слоя
5.2 Определение потерь на трение местные сопротивления
5.3 Выбор насоса
5.4 Определение предельной высоты всасывания
6. Механический расчет
6.1 Расчет штуцеров
6.1.1 Штуцер для ввода исходной смеси
6.1.2 Штуцер для ввода флегмы
6.1.3 Штуцер для отвода кубового остатка
6.1.4 Штуцер для вывода паров дистиллята
6.1.5 Штуцер для ввода паров кубовой смеси
6.2 Расчет толщина крышки и днища
Заключение
Список использованных источников
Введение
Ректификация - массообменный процесс, который осуществляется в большинстве случаев в противоточных колонных аппаратах с контактными элементами (насадки тарелки) аналогичными используемым в процессе абсорбции. Поэтому методы подход к расчету и проектированию ректификационных и абсорбционных установок имею много общего. Тем не менее ряд особенностей процесса ректификации (различие соотношение нагрузок по жидкости и пару в нижней и верхней частях колонны, переменные по высоте колонны физические свойства фаз и коэффициент распределения, совместное протекание процессов массо- и теплопереноса) осложняет его расчет.
Одна из сложностей заключается в отсутствии обобщенных закономерностей для расчета кинетических коэффициентов процесса ректификации. В наибольшей степени это относится к колоннам диаметром более 800 мм с насадками и тарелками, широко применяемым в химических производствах. Большинство рекомендаций сводится к использованию для расчета ректификационных колонн кинетических зависимостей, полученных при исследовании абсорбционных процессов (в приведенных в данной главе примерах в основном использованы эти рекомендации).
Принципиальная схема ректификационной установки представлена на рис.1. 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 5 на тарелку питания, 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 4. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка xw, т.е. обеднен легколетучим компонентом. В результате массообмена с жидкостью пар обогащается легколетучим компонентом. Для более полного обогащения верхнюю часть колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом жидкостью (флегмой) состава xd, получаемой в дефлегматоре 6 путем конденсации пара, выходящего из колонны. Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения - дистиллята, который охлаждается в теплообменнике 7 и направляется в промежуточную емкость 8.
Из кубовой части колонны насосом 9 непрерывно выводится кубовая жидкость - продукт, обогащенный труднолетучим компонентом, который охлаждается в теплообменнике 10 и направляется в емкость 11.
Таким образом, в ректификационной колонне осуществляется непрерывный неравновесный процесс разделения исходной бинарной смеси на дистиллят (с высоким содержанием легколетучего компонента) и кубовый остаток (обогащенный труднолетучим компонентом).
Расчет ректификационной колонны сводится к определению ее основных геометрических размеров - диаметра и высоты. Оба параметра в значительной мере определяются гидродинамическим режимом работы колонны, который, в свою очередь, зависит от скоростей и физических свойств фаз, а также от типа насадки.
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
