Ректификационной установки для разделения бинарной установки

                   кг/с 

Все данные заносим  в таблицу 1.

                           

       Составы и расходы потоков                                         

 

 Относительный молярный расход питания равен  

              
 

2.2. Определение рабочего флегмового числа. 

Пользуясь справочной литературой, выписывают таблицу равновесных  составов жидкости и пара.  

 
 

Строят диаграммы  t - x,y, и y-x, и наносят равновесные линии. Определяем величину - 0,74 состав пара, равновесный составу исходной смеси . 

Минимальное флегмовое  число определяем по уравнению                              

  =       

Рабочее флегмовое  число рассчитаем по формуле

  

 
 

2.3. Построение линии равновесия и рабочих линий 

Составляем уравнение  рабочих линий для верхней  и нижней частей колонны и наносим  на диаграмму у – х .

а) верхней (укрепляющей) части ректификационной колонны

                         

                                
 

 

 б) нижней (исчерпывающей) части ректификационной  колонны 
               
 
         

 

Для построения   рабочих  линий  откладываем на оси абсцисс диаграммы (диаграмма 1) заданные составы жидких фаз x_F .x_D . x_W . С учётом принятых допущений ( y_D = x_D и y_W= x_W ) на диагонали диаграммы получим точки а и с. В соответствии  c уравнением верхней части колонны откладываем на оси ординат отрезок B = x_D / (R+1)  и соединяем прямой точку d с точкой  a. Из точки, отвечающей составу x_F , проводим вертикаль до пересечения с линией ad в точке b . Прямая ab является рабочей линией укрепляющей части колонны. Соединяем точку b прямой с точкой с . Прямая bc представляет рабочую линию исчерпывающей части колонны.  
 
 
 

3. Расчет скорости пара и определение диаметра колонны.

     Рассчитываем  средние концентрации жидких фаз:

  а) в верхней части колонны                      

   

          х'_ср  = (x_F+x_D) /2= (0,35+0,9)/2=0,625 (мол. доли) ;

           

           '_ср = (_F+_D)/2= (0.41+0.92)/2= 0.665(масс.доли);

 

  б) в нижней  части колонны 

              х˝_ср =(х_F + x_W)/2 = (0.35+0.06)/2= 0.205(мол.доли);

 

             ˝_ср = ( _F + _W)/2 = (0.41+0.077)/2 = 0.2435(масс.доли)  

 По уравнениям рабочих линий определяем средние составы пара в верхней у'_ср и нижней у˝_ср  частях колонны  

                       у'_ср = 0,45х'_ср + 0,49 = 0,45*0,625 + 0,49 = 0,771(мол.доли) 

                      у˝_ср = 2,03х˝_ср – 0,062 = 2,03*0,205 – 0,062 = 0,354(мол.доли) 

 Средние температуры  пара в верхней  t'_ср = 89,1°С и нижней t˝_ср = 108,2°С частях колонны определяем по диаграмме 2 t – x.y  

Рассчитываем  среднюю температуру пара в колонне 

 

                         t_ср  = (t'_ср + t˝_ср)/2 = (89,1+108,2)/2 = 98,65°С 

Определяем средние  молярные массы М'_ср , М˝_ср  и плотности пара  ρ'_ср и ρ˝_ср

в обеих частях колонны : 

      М'_ср =  у'_ср * М_Б + (1 - у'_ср) М_УК = 0,771 *78+(1- 0,771)*60 = 73,88 кг/моль; 

     М˝_ср = у˝_ср * М_Б + (1- у˝_ср) М_УК = 0,354*78+  (1- 0,354)*60= 66,37 кг/моль; 

ρ'_ср =³ ;

    

ρ˝_ср = ³ . 

Средняя плотность  пара ρ_п в колонне равна

 

ρ_п  = (ρ'_ср + ρ˝_ср) /2 = (2,47+2,12)/2 = 2,295 кг/м³. 

Определяем объемный расход проходящего через пара V_п при средней температуре в колонне t_ср .  

               V_п = м³/с. 

где  M_D – молярная масса дистиллянта, равная 

                М_D = х_D * M_А + (1- х_D) M_Б = 0,9*78+(1-0,9)*60 = 76,2кг/моль 

Скорость проходящего  по тарельчатой колонне пара можно  определить по уравнению 

w = C , 

       где С – опытный коэффициент , зависящий от конструкции тарелок и расстояния между тарелками.

Примем расстояние между тарелками  h = 300 мм. Для колпачковых тарелок по графику (рис. 1) находим С= 0,0315.

Найдем плотности  жидкости в верхней и нижней частях колонны. При средней температуре 89,1°С в верхней части колонны плотности жидких ацетона и бензола равны ρ_Б = 804,99 кг/м³ и ρ_УК = 970,54 кг/м³.

Плотность  жидкости в верхней части колонны составляет  

                  
                      ρ'_ж = кг/м³.

 
При средней температуре 108,2°С в нижней части колонны плотности жидких ацетона и бензола равны ρ_Б =783,16 кг/м³ и ρ_УК = 943,24кг/м³ . Рассчитаем  плотность жидкости в нижней части колонны 

ρ˝_ж =  кг/м³. 

     Средняя плотность жидкости

                    

ρ_ж = (ρ'_ж + ρ˝_ж) /2 = (839,02+898,52) /2 = 868,77 кг/м³ . 

     Вычисляем скорость пара в колонне 

                   

                    w = С = 0,0315 = 0,613 м/с. 

     Диаметр колонного аппарата  рассчитывают по формуле  

                   D = = = 1.1 м. 

     Полученное  значение диаметра округляем до ближайшего стандартного значения D=1200 мм. Рассчитываем  рабочую скорость пара в колонне  

                  w_р = V_п / (0,785D²) = 0,58/(0.785*1,2²) = 0,51м/с. 

По катологу – справочнику «Колонные аппараты» выбираем диаметр колонны D=1200мм, для колпачковых тарелок

Тип  тарелки                                                                             ТСК-Р

Свободное сечение  колонны, м²                                                   1,13

Длина линии  барботажа, м                                                      12,3

Периметр слива  L_с, м                                                               0,818

Сечение перелива, м²                                                               0,099

Свободное сечение  тарелки, м²                                               0,129

Относительная площадь для прохода паров  F_c , %                11,4

Масса, кг                                                                                     68,6 
 
 
 
 
 
 
 
 

4.Гидравлический расчёт тарелок

     Выполняем гидравлический расчёт тарелок. Потери давления, связанные с гидравлическим сопротивлением, оказываемым потоку пара при прохождении им барботажной тарелки ректификационной колонны, складываются из потерь на сухой тарелке(∆р_т), потерь, вызываемых силами поверхностного натяжения (∆р_σ), и потерь, связанных с прохождением потока через слой жидкости на тарелке(∆р_ж),  

∆р=∆р_т+∆р_σ+∆р_ж 

Гидравлическое  сопротивление  сухой тарелки:

∆р_т = ζ 

     Где ω – скорость газа в прорезях колпачка или в отверстиях тарелки, м/с;

ρ_г - плотность газа, кг/м³;  ζ - коэффициент сопротивления . равный: 

Для колпачковых тарелок ………………………………… 4,5-5,0

Для ситчатых тарелок :

     со  свободным сечением отверстий  7 – 10% …………….1,82

       «                    «                      «           11 –  25% …………….1,45

Для решетчатых провальных тарелок………………………..1,4 – 1,5

Т.к. у нас  в проекте колонна с колпачковыми  тарелками выбираем значение ζ = 4,6; ρ_г = 2,47кг/м³.

∆р_т = 4,6 ; 

Сопротивление, вызываемое силами поверхностного натяжении:

∆р_σ = 4σ/d_э 

     Здесь  σ – поверхностное натяжение, Н/м;  d_э  -  эквивалентный диаметр отверстия, м. Для колпачковых тарелок d_э = 4f/П (f – площадь свободного сечения прорези, П – периметр прорези).