Определение числа действительных тарелок и высоты колонны - Проект ректификационной установки непрерывного действия для разделения смеси метанол

Высоту колонны определяют 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, кмоль/м2-с, определятся по формуле

(25)

Где - коэффициент диффузии паров компонента А в парах компонента В, м/с2;

- критерий Рейнольдса для паровой фазы.

Коэффициент диффузии паров, м/с2, определяется по формуле

Принимаем = 37 см3/моль, = 14,8 см3/моль.

Подставляя значения в формулу (26), получим

А) в верхней части колонны

м/с2

Б) в нижней части колонны

м/с2

Критерий Рейнольдса для паровой фазы определяется по формуле

(27)

Где - динамический коэффициент вязкости пара, Па-с, рассчитывается по формуле

(28)

Где, - динамические коэффициенты вязкости компонентов А и В, Па-с.

Динамические коэффициенты вязкости

А) в верхней части колонны, Па-с, при = 92 ?С составляют

= 0,0114 Па-с, = 0,0114 Па-с.

Подставляя значения в формулу (28) получим

Па-с

Б) в нижней части колонны, Па-с, при = 75,5 ?С составляют

= 0,012 Па-с, = 0,012 Па-с.

Па-с

Подставляя значения в формулу (27) получим

А) в верхней части колонны

Б) в нижней части колонны

Подставляя значения в формулу (25) получим

А) в верхней части колонны, кмоль/м2-с

кмоль/м2-с

Б) в нижней части колонны, кмоль/м2-с

кмоль/м2-с

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе, кмоль/м2-с, определяется по формуле

(29)

Где - коэффициент диффузии в жидкости, м2/с

- средняя мольная масса жидкости в колонне, кг/кмоль

- диффузионный критерий Прандтля.

Коэффициент диффузии пара в жидкости, м2/с, (при соответствующей температуре) связан с коэффициентом диффузии при 20 ?С, м2/с,

Следующей приближенной зависимостью

(30)

Где - температурный коэффициент;

- температура в верхней или нижней части колонны, ?С.

Коэффициент диффузии метанола в воде при 20 ?С, м2/с, определяется по формуле

(31)

Где - динамические коэффициенты вязкости жидкости, мПа-с;

- коэффициенты, зависящие от свойств низкокипящего и высококипящего компонентов.

Динамические коэффициенты вязкости жидкости, мПа-с, определяется по формуле

(32)

Где, - коэффициенты динамической вязкости компонентов А и В при соответствующей температуре, мПа-с, [2 с.516]

Принимаем = 0,584 мПа-с, = 1,0 мПа-с при = 20 ?С.

Подставляя значения в формулу (32) получим

А) в верхней части колонны, мПа-с

мПа-с

Б) в нижней части колонны, мПа-с

мПа-с

Принимаем А = 1,19, В = 2, С = 4,7 по [1 с.289]

Подставляя значения в формулу (31) получим

А) в верхней части колонны, м2/с

М2/с

Б) в нижней части колонны, м2/с

М2/с

Температурный коэффициент, определяется по формуле

(33)

Где - плотность жидкости, кг/м3

Принимаем из [1 с.512] = 792 кг/м3, = 998 кг/м3

Подставляя значения в формулу (33), получим

A) в верхней части колонны

Б) в нижней части колонны

Подставляя значения в формулу (30) получим

A) в верхней части колонны

м2/с

Б) в нижней части колонны

м2/с

Рассчитываем коэффициент динамической вязкости жидкости в верхней и нижней части колонны при средней температуре по формуле (32)

A) в верхней части колонны, Па-с, при t =69,5оС

Принимаем по [1 с.516] = 0,322 мПа-с, = 0,416 мПа-с.

Па-с

Б) в нижней части колонны, Па-с, t=80,5оС

Принимаем по [1 с.516] = 0,289 мПа-с, = 0,355 мПа-с.

Па-с

Диффузный критерий Прандтля определяется по формуле

(34)

Подставляя значение в формулу (34), получим

A) для верхней части колонны

Б) для нижней части колонны

Средняя мольная масса жидкости в колонне, кг/кмоль, определяется по формуле

(35)

Подставляя значение в формулу (34), получим

A) для верхней части колонны, кг/кмоль

кг/кмоль

Б) для нижней части колонны, кг/кмоль

кг/кмоль

Подставляя значения в формулу (29), получим

A) для верхней части колонны, кмоль/м2-с

кмоль /м2-с

Б) для нижней части колонны, кмоль/м2-с

кмоль /м2-с

Коэффициент массопередачи, кмоль /м2,-определяется по формуле

(36)

Где m - среднее значение тангенса угла наклона

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

(37)

Подставляя значения в формулу (37), получим

Подставляя значения коэффициентов массоотдачи вn и вж, в формулу (36) получим

кмоль /м2

кмоль /м2

кмоль /м2

кмоль /м2

кмоль /м2

кмоль /м2

Число единиц переноса, определяется по формуле

(38)

Где - отношение рабочей площади к свободному сечению колонны

Принимаем = 0,8

Подставляя значения в формулу (38), получим

Коэффициент обогащения тарелки (коэффициент полезного действия тарелки) , определяется по формуле

(39)

Подставляя значения в формулу (39), получим

Результаты приведенных выше расчетов, начиная тангенса угла наклона необходимых для построения кинетической кривой, приведены в таблице 3

Таблица 3 Параметры, необходимых для построения кинетической кривой

0,15

0,40

0,70

8

2,2

1,2

0,7

0,5

0,4

0,01

0,03

0,05

0,07

0,08

0,1

0,12

0,37

0,61

0,82

0,94

1,17

0,11

0,31

0,46

0,56

0,61

0,69

, мм

16

22

12

13

8

2

, мм

1,76

6,82

5,52

7,28

4,88

1,38

Измеряем полученные отрезки, и так далее и делим их в отношении, то есть определяем величину отрезков, .... Через найденные для каждого значения точки проводим кинетическую кривую (рисунок ), отображающую степень приближений фаз на тарелках к равновесию.

Число реальных тарелок находим путем построения ступенчатой линии между кинетической кривой и рабочими линиями в пределах от до. Получаем 21 тарелку (10 в нижней части колонны, 11 в верхней), которые и обеспечивают разделение смеси в заданных пределах изменения концентраций. Исходная смесь подается на 21 тарелку сверху.

Общая высота колонны, м, определяется по формуле

(40)

Где - расстояние между верхней тарелкой и крышкой колонны,

(высота сепарационного пространства), м;

- расстояние между нижней тарелкой и днищем колонны,

(высота кубовой части), м;

- высота тарельчатой части колонны, м.

Высота тарельчатой части колонны, м, определяется по формуле

(41)

Где - расстояние между тарелками, м;

- действительное число тарелок.

Принимаем = 0,45м.

Подставляя значения в формулу (41), получим

м

Принимаем = 1м, = 2 м.

Подставляя значения в формулу (40), получим

м

В соответствии с рассчитанным выше диаметром колонны по каталогу - справочнику [2] подбираем стандартную колонну и тарелки.

Принимаем к установке колонный аппарат диаметром 1600мм; колонна компонуется из однопоточных неразборных нормализированных ситчатых тарелок типа ТС ОСТ 26-805-73. Основные технические параметры приведены ниже:

Диаметр колонны Д, мм.......................................1600

Свободное сечение колонны, м2..............................0,785

Тип тарелки........................................................ТС

Рабочее сечение тарелки, м2....................................0,713

Диаметр отверстия d, мм.........................................4

Шаг между отверстиями t, мм..................................10

Относительное свободное сечениеFс,%.............................5

Сечение перелива, м2.............................................0,036

Относительная площадь перелива, %................................4,6

Периметр сливной перегородки Lс, м..........................0,8

Масса, кг.............................................................41,5

Похожие статьи




Определение числа действительных тарелок и высоты колонны - Проект ректификационной установки непрерывного действия для разделения смеси метанол

Предыдущая | Следующая