Хороший автор. Спасибо. Рекомендую
Информация о работе
Подробнее о работе
Расчет ректификационной колонны
- 33 страниц
- 2011 год
- 227 просмотров
- 0 покупок
Гарантия сервиса Автор24
Уникальность не ниже 50%
Фрагменты работ
Содержание
Введение
1 Материальный баланс колонны
1.1 Число тарелок и рабочее флегмовое число
2 Тепловой баланс колонны
3 Конструктивный расчет колонны
3.1 Расчет средних значений основных параметров паровой смеси и жидкости в колонне
3.2 Определение основных размеров колонны с капсульными колпачками
3.3 Определение гидравлического сопротивления тарелки
4 Расчет подогревателя кубового остатка
5 Расчет подогревателя острого пара
6 Аэродинамический расчет тракта исходной смеси
6.1 Сопротивление подогревателя кубового остатка
6.2 Сопротивление подогревателя острого пара
6.3 Выбор насоса
Список используемых источников
1 Материальный баланс колонны
Уравнение материального баланса для всего количества смеси
,
где – количество исходной смеси, кг/ч;
– количество дистиллята, кг/ч;
– количество кубового остатка, кг/ч.
Уравнение материального баланса для низкокипящего компонента
,
где – массовые доли спирта в начальной смеси, в дистилляте и кубовом остатке соответственно, %.
Из уравнений материального баланса получаем систему уравнений
Массовые доли находим из выражения
,
где молекулярные массы компонентов – этилового спирта и воды соответственно:
мольные концентрации хF = 18%; хD = 90%; хW = 6%.
;
;
.
Совместное решение системы уравнений дает:
1.
...
1.1 Число тарелок и рабочее флегмовое число
Теоретическое число тарелок, при котором обеспечивается полное физико-химическое равновесие между стекающей с тарелки жидкостью и поднимающимися парами при полном перемешивании жидкости на тарелке и равномерном распределении пара по ее сечению, определяем графическим способом с построением ступеней изменения концентраций. Для этого строим yx-диаграмму (рис.1.1.1).
Рисунок 1.1.1 – Диаграмма равновесия для бинарной смеси этиловый спирт – вода
Определяем минимальное флегмовое число
Рабочее флегмовое число
где – коэффициент избытка флегмы, (формула 9.18 [3]). Принимаем .
Отрезок OМ=В на рис.1.1
На рис.1.1.1 MN – рабочая линия укрепляющей части колонны. Точка W – точка пересечения MN и xF. FW – рабочая линия исчерпывающей части колонны.
По yx-диаграмме (рис.1.1.1) определяем теоретическое число тарелок (ступеней изменения концентраций).
...
2 Тепловой баланс колонны
Рисунок 2.1 – Фазовая диаграмма для бинарной смеси этиловый спирт – вода
По фазовой диаграмме (рис. 2.1) находим температуру кипения исходной смеси
Температура кипения дистиллята
Температура кипения остатка
Уравнение теплового баланса ректификационной колонны
где – теплота, поступающая с исходной смесью;
– теплота, поступающая с греющим паром;
– теплота, поступающая с флегмой;
– теплота, уходящая из колонны с парами;
– теплота, уходящая из колонны с кубовым остатком;
– потери в окружающую среду.
Количество тепла, вносимое начальной смесью
где – удельная теплоемкость смеси.
где – удельная теплоемкость спирта, табл.2.1;
– удельная теплоемкость воды, .
Таблица 2.1 – Теплоемкость этилового спирта и его водных растворов, ккал/кг·град
где – расход греющего пара;
– энтальпия водяного пара;
– энтальпия конденсата при атмосферном давлении.
...
3.1 Расчет средних значений основных параметров паровой смеси и жидкости в колонне
Для определения размеров колонны вычислим средние значения основных параметров паровой смеси и жидкости в колонне.
Количество поднимающихся паров
Количество стекающей жидкости в укрепляющей части колонны равно количеству флегмы
Количество стекающей жидкости в исчерпывающей части колонны
По рабочей линии yx-диаграммы (рис. 1.1.1) определяем состав пара в точке F, соответствующий составу исходной смеси, точка yF
Затем находим среднюю молярную долю пара в верхней части колонны
Средняя молярная доля пара в нижней части колонны
где – состав пара в точке W (рис. 1.1.1), .
Средняя молярная доля пара в колонне
По фазовой диаграмме (рис. 2.1) находим, что величине соответствует температура пара .
...
3.2 Определение основных размеров колонны с капсульными колпачками
Для уменьшения уноса жидкости с поднимающимися парами желательно иметь большее расстояние между тарелками, но в этом случае возрастает общая высота колонны.
По табл. 3-10 [1] расстояние между тарелками для колонных аппаратов с капсульными колпачками принимают 200–350 мм и более.
Принимаем .
Определяем по рис. 3.2.1 по значению и предельно допустимую скорость пара в колонне
Рисунок 3.2.1 – График для определения допустимой скорости пара
Рабочую скорость обычно принимают равной
Принимаем
Определяем сечение колонны
Тогда диаметр колонны
Согласно табл. 3-10 [1]
Активная высота колонны
Исходя из табл. 3-11 [1], основные размеры нормализованных колпачковых тарелок со сливными устройствами сегментного типа принимаем при :
• количество колпачков
• площадь сечения переливной сегментной трубы в свету ;
• длина сливного борта .
...
3.3 Определение гидравлического сопротивления тарелки
Гидравлическое сопротивление тарелки складывается из следующих составляющих
где – сопротивление сухой тарелки;
– сопротивление столба жидкости на тарелки, соответствующего
глубине барботажа;
– сопротивление, обусловленное силами поверхностного
натяжения жидкости.
Сопротивление сухой тарелки определим по формуле
Зная периметр (длину сливного порога) , определяем высоту уровня жидкости над сливным порогом по формуле
где – отношение плотности пены к плотности чистой жидкости
(принимаем , стр. 160 [1]).
Для верхней части колонны
Для нижней части колонны
Сопротивление столба жидкости на тарелке вычисляем по формуле
где – расстояние от верхнего края прорезей до верха сливного порога,
принимаем , стр.160 [1].
Для верхней части колонны
Для нижней части колонны
Сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения, вычисляем по формуле
где – поверхностное натяжение жидкости, определяем по табл. 3.3.
...
4 Расчет подогревателя кубового остатка
Подогреватель кубового остатка – теплообменник, подогревающий исходную смесь за счет теплоты кубового остатка. Расчет теплообменника сводится к определению поверхности теплообмена.
Горячий раствор кубового остатка:
• массовый расход
• температура на входе в подогреватель
• теплоемкость кубового остатка, вследствие малой концентрации низкокипящего компонента, принимаем равной теплоемкости воды
Исходный холодный раствор:
• массовый расход
• температура на входе в подогреватель
• температура на выходе из подогревателя (принимаем в соответствии с рис. 3-5 [1])
• теплоемкость , при средней температуре (табл. 2.1).
Тепловая нагрузка
Уравнение теплового баланса для подогревателя кубового остатка (потерями теплоты в окружающую среду пренебрегаем)
Из уравнения теплового баланса определяем конечную температуру холодного раствора
Рисунок 4.
...
5 Расчет подогревателя острого пара
В подогревателе острого пара исходный раствор, подогретый в подогревателе кубового остатка до температуры , догревается до температуры кипения при давлении в колонне (1 атм) за счет теплоты парообразования конденсирующегося острого пара.
Раствор исходной смеси:
• массовый расход
• температура на входе в подогреватель
• температура на выходе из подогревателя
• теплоемкость , при средней температуре (табл. 2.1).
Острый пар:
• давление пара
• температура пара (определяется как функция давления по таблицам физических свойств воды и водяного пара)
• удельная теплота парообразования (определяется как функция давления по таблицам физических свойств воды и водяного пара)
Тепловая нагрузка
Уравнение теплового баланса для подогревателя острого пара (потерями теплоты в окружающую среду пренебрегаем)
где – расход пара на подогреватель.
Из уравнения теплового баланса определяем расход пара
Рисунок 5.
...
6.1 Сопротивление подогревателя кубового остатка
Скорость исходного раствора в трубах теплообменника
где – плотность исходного раствора в подогревателе при средней
температуре , определяем по табл. 3.1.1
– внутренний диаметр труб.
Значение критерия Рейнольдса для движения исходного раствора
где – вязкость исходного раствора при средней температуре
, определяем по табл. 1.1.1
Сравниваем полученное значение критерия Рейнольдса с критическим значением
Поэтому режим течения в трубах ламинарный. Для ламинарного режима течения коэффициент трения определяется по формуле
Местное сопротивление на входе в распределительную камеру и на выходе из нее рассчитываем по скорости движения в штуцерах.
Таблица 6.1.1 – Диаметры условного прохода штуцеров кожухотрубчатых теплообменников
Скорость движения раствора в штуцерах
где – диаметр условного прохода штуцера (табл. 6.1.1),
Коэффициенты местных сопротивлений потоку, движущемуся в трубном пространстве (стр.
...
6.2 Сопротивление подогревателя острого пара
Скорость исходного раствора в трубах теплообменника
где – плотность исходного раствора в подогревателе при средней
температуре , определяем по табл. 3.1.1
– внутренний диаметр труб.
Значение критерия Рейнольдса для движения исходного раствора
где – вязкость исходного раствора при средней температуре
, определяем по табл. 1.1.1
Сравниваем полученное значение критерия Рейнольдса с критическим значением
Полученное значение критерия Рейнольдса больше критического значения, поэтому коэффициент сопротивления определяем по формуле
где – относительная шероховатость труб,
где – высота выступов шероховатостей, принимаем (стр.
69 [2]).
Скорость движения раствора в штуцерах
где – диаметр условного прохода штуцера (табл. 6.1.1),
Коэффициенты местных сопротивлений потоку, движущемуся в трубном пространстве (стр. 69 [2])
где – входная и выходная камеры;
– вход в трубы и выход из них.
...
6.3 Выбор насоса
Рассчитаем потери давления на местных сопротивлениях трубопровода. Местные сопротивления будут складываться из поворотов трубопровода тракта исходной смеси. Коэффициент сопротивления поворота определяем из табл. 6.3.1 в зависимости от диаметра трубопроводе.
Скорость движения исходного раствора в трубопроводе принимаем по справочным данным (стр. 16 [2]) для оптимального диаметра трубопровода
Таблица 6.3.1 – Коэффициенты местного сопротивления для колена с углом 900
Диаметр трубопровода
Коэффициент местного сопротивления выбираем для
Потери давления на местных сопротивлениях трубопровода
где – средняя плотность исходного раствора по тракту исходной
смеси,
Суммарные потери давления находим из выражения
Выбираем консольный насос общего назначения для воды с минимальными напором и мощностью электродвигателя (табл. 3.
...
1. Лебедев П. Д., Щукин А. А. «Теплоиспользующие установки промышленных предприятий. (Курсовое проектирование)»: Учеб. пособие – М.: Энергия, 1970.-408с.
2. Борисов Г. С., Брыков В. П., Дытнерский Ю. И. и др. Под ред. Дытнерского Ю. И. «Основные процессы и аппараты химической технологии»: Пособие по проектировсанию. Изд. 2-е , перераб. и дополн. – М.: Химия, 1991.-496с.
3. Иоффе И. Л. «Проектирование процессов и аппаратов химической технологии»: Учеб. – Л.: Химия, 1991.-352с
Форма заказа новой работы
Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям
