Каталог Рефератов - Расчет тарельчатой ректификационной колонны для разделения бинарной углеводородной смеси бензол-толуол

	Информационно-образоательный портал
	Рефераты, курсовые, дипломы, научные работы,



МЕНЮ\|

поиск

Расчет тарельчатой ректификационной колонны для разделения бинарной углеводородной смеси бензол-толуол

. в дефлегматоре не происходит изменения состава пара. Состав пара, уходящего из ректификационной колонны, равен составу дистиллята;

3. при испарении жидкости в кипятильнике не происходит изменения ее состава;

4. теплоты смешения компонентов разделяемой смеси равны 0.

2.1 Материальный баланс ректификационной колонны

Согласно схеме на рис. 2.15 в колонну поступает F кмоль исходной смеси, состав которой хF в мольных долях низкокипящего компонента. Сверху из колонны удаляется G кмоль паров, образующих после конденсации флегму и дистиллят. Количество получаемого дистиллята D кмоль, его состав хD в мольных долях низкокипящего компонента. На орошение колонны возвращается флегма в количестве Ф кмоль, причем ее состав равен составу дистиллята (хф=xD в мольных долях). Снизу из колонны удаляется W кмоль остатка состава xw в мольных долях низкокипящего компонента. Тогда уравнение материального баланса колонны имеет вид:

Ф+F=G+W (2.14)

Поскольку G=D+Ф, то

F=D+W (2.15)

Соответственно по низкокипящему компоненту материальный баланс имеет вид:

FxF=DxD+WxW (2.16)

Концентрации питания, дистиллята и кубового остатка в мольных долях рассчитываются по формулам:

Питание:

, где (2.17)

- мольные массы бензола и толуола.

Дистиллят:

(2.18)

Кубовый остаток:

(2.19)

Рис. 2.15. К составлению материального баланса ректификационной колонны: 1 - куб-испаритель; 2 - колонна; 3 - дефлегматор.

2.2. Расчет флегмового числа

Нагрузки ректификационной колонны по пару и жидкости определяются рабочим флегмовым числом R (R=Ф/D).

Используют приближенные вычисления, основанные на определении коэффициента избытка флегмы (орошения) Z=RRmin. Здесь Rmin - минимальное флегмовое число:

, где (2.20)

хF и хD - мольные доли легколетучего компонента соответственно в исходной смеси и дистилляте, кмоль/кмоль смеси; y*F - 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).

При отсутствии данных о коэффициенте избытка флегмы для разделяемых смесей можно применять эмпирическую зависимость:

R=1,3·Rмин+0,3 (2.21)

Более точный метод расчета Rопт предполагает знание приведенных затрат и учет расходов, связанных с подачей сырья и подводом теплоты в колонну и организацией ее орошения, а также стоимость колонны и вспомогательного оборудования.

Рис. 2.16. К определению оптимального флегмового числа: 1 - эксплуатац. расходы; 2 - капитальные затраты; 3 - общие затраты на ректификацию.

2.3. Уравнения рабочих линий
y= (2.22)

Зависимость (2.22) является уравнением рабочей линии укрепляющей части колонны. В этом уравнении - тангенс угла наклона рабочей линии к оси абсцисс, а - отрезок, отсекаемый верхней рабочей линией на оси ординат.

, где f=F/D (2.23)

Зависимость (2.22) представляет собой уравнение рабочей линии исчерпывающей части колонны. В этом уравнении - тангенс угла наклона рабочей линии к оси ординат, а - отрезок, отсекаемый нижней рабочей линией на оси абсцисс. Умножив числитель и знаменатель выражений для А' и А на количество дистиллята D, можно заметить, что они представляют собой отношения количеств жидкой и паровой фаз, или удельный расход жидкости, орошающей данную часть колонны.

2.4. Определение числа тарелок и высоты колонны

Наносим на диаграмму y-x рабочие линии верхней и нижней части колонны рис. 2.17 и находим число ступеней изменения концентрации nТ.

Рис. 2.17. Графическое определение числа теоретических тарелок:

ОE - равновесная кривая, АВ и ВС - рабочие линии для укрепляющей в исчерпывающей частей колонны, 1-6 - тарелки.

Число тарелок рассчитывается по уравнению:

(2.24)

Для определения среднего к.п.д. тарелок находим коэффициент относительной летучести разделяемых компонентов при средних температурах для верхней и нижней частей колонны:

Для верхней части:

(2.25)

Для нижней части:

(2.26)

Величина среднего к.п.д. тарелок , который зависит от многих переменных величин (конструкция и размеры тарелки, гидродинамические факторы, физико-химические свойства пара и жидкости). На рис. 2.18 приведены значения среднего к.п.д. тарелок, полученные по опытным данным для промышленных ректификационных колонн сравнительно небольшого диаметра. По оси абсцисс на этом графике отложены произведения коэффициента относительной летучести разделяемых компонентов б на динамический коэффициент вязкости жидкости питания м (в мПа·с) при средней температуре в колонне.

Рис. 2.18. Диаграмма для приближенного определения среднего к.п.д. тарелок.

Определение вязкости жидкости (смеси) в верхней и нижней частях колонны а) в верхней части колонны:

(2.27)

б) в нижней части колонны:

(2.28)

Определение вязкости пара:

а) в верхней части колонны:

(2.29)

б) в нижней части колонны:

(2.30)

Число действительных тарелок:

а) в верхней части колонны:

(2.31)

б) в нижней части колонны:

(2.32)

Высота тарельчатой колонны:

(2.33)

где h - расстояние между тарелками,

ZВ - расстояние между верхней тарелкой и крышкой колонны,

ZН - расстояние между нижней тарелкой и днищем колонны,

N - число действительных тарелок.

2.5. Определение средних массовых расходов пара и жидкости в верхней и нижней частях колонны

Ш Определение среднего мольного состава жидкости в верхней и нижней частях колонны:

а) в верхней части колонны:

(2.34)

б) в нижней части колонны:

(2.35)

Ш Определение среднего мольного состава пара в верхней и нижней частях колонны:

а) в верхней части колонны:

(2.36)

б) в нижней части колонны:

(2.37)

Ш Средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны:

а) в верхней части колонны:

(2.38)

б) в нижней части колонны:

(2.39)

Ш Определение средних мольных масс пара в верхней и нижней частях колонны: а) в верхней части колонны:

(2.40)

б) в нижней части колонны:

(2.41)

Ш Определение средней плотности пара в верхней и нижней частях колонны:

(2.42)

(2.43)

Ш Средняя плотность пара в колонне:

(2.44)

Ш Средняя плотность жидкости в колонне:

(2.45)

Ш Определение средней плотности жидкости в верхней и нижней частях колонны:

(2.46)

(2.47)

Ш Определение мольной массы исходной смеси и дистиллята:

(2.48)

(2.49)

Ш Расчет средних массовых расходов по жидкости для верхней и нижней частей колонны:

(2.50)

(2.51)

Ш Расчет средних массовых расходов пара для верхней и нижней частей колонны:

(2.52)

(2.53)

2.6. Определение скорости пара и диаметра колонны
Эффективность работы тарельчатых колонн в значительной степени зависит от скорости пара в свободном сечении колонны. Эта скорость зависит от физико-химических свойств взаимодействующих фаз (плотность, вязкость, поверхностное натяжение и др.) и конструктивных особенностей колонны. Оптимальная величина скорости может быть установлена в каждом отдельном случае только опытным путем. В общем случае предельно допустимая скорость пара в колонне должна быть несколько меньше скорости, соответствующей явлению «захлебывания» колонны, когда восходящий поток пара начинает препятствовать стеканию жидкости по тарелкам. В колоннах, работающих при атмосферном давлении, скорость пара обычно принимают 0.3-0.6 м/с; эта скорость непосредственно связана со скоростью в отверстиях тарелок, которую следует выбирать в пределах 2-6 м/с.

Скорость паров в колоннах может быть повышена при увеличении расстояния между тарелками или применении специальных устройств в виде отбойников, позволяющие уменьшить сепарационный объем между тарелками.

При больших скоростях происходит увеличение потоком пара жидкости с нижележащих тарелок на тарелки, лежащие выше, т.е. механический унос жидкости, и слияние отдельных пузырьков пара в струю, и в результате этого уменьшается поверхность контакта фаз и длительность контакта.

Расчет рабочей скорости пара в верхней и нижней частях колонны по уравнению:

а) в верхней части колонны:

(2.54)

б) в нижней части колонны:

(2.55)

где С - коэффициент, зависящий от конструкции тарелок, расстояния между тарелками, рабочего давления в колонне, нагрузки колонны по жидкости.

Рис. 2.19. Значения коэффициента С: А, Б - колпачковые тарелки с круглыми колпачками;В - ситчатые тарелки.

Диаметр колонны определяется по уравнению:

а) в верхней части колонны:

(2.56)

б) в нижней части колонны:

(2.57)

Скорость пара в колонне при стандартном диаметре:

а) в верхней части колонны:

(2.58)

б) в нижней части колонны:

(2.59)

Средняя скорость пара рассчитывается по формуле:

(2.60)

2.7. Гидравлическое сопротивление тарельчатых колонн

При конструировании тарельчатых колонн следует учитывать гидравлическое сопротивление, в результате которого возникает значительная разность давлений у основания и вершины колонны. Перепад давлений будет тем больше, чем больше число тарелок в колонне и чем выше уровень жидкости на каждой тарелке. Основные сопротивления прохождения паров возникают на входе и на выходе из паровых патрубков и через прорези колпачков (местные сопротивления). Следует также учитывать потери на преодоление гидростатического давления столба жидкости на каждой тарелке. Обычно сопротивление колпачковой тарелки составляет 25-50 мм водного столба в условиях работы при атмосферном давлении и несколько ниже при работе под вакуумом.

Гидравлическое сопротивление тарелок:

(2.61)

Гидравлическое сопротивление сухой тарелки в верхней и нижней частях колонны: а) в верхней части колонны:

(2.62)

б) в нижней части колонны:

, где (2.63)

ж - коэффициент сопротивления, числовое значение которого можно принимать равным от 1.1 до 2.0;

щ0 - скорость пара в отверстиях тарелки в .

Сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения:

, где (2.64)

у - поверхностное натяжение в ;

d0 - диаметр отверстий тарелки в .

Объемный расход жидкости в верхней и нижней частях колонны:

а) в верхней части колонны:

(2.65)

б) в нижней части колонны:

(2.66)

Высота слоя над сливной перегородкой в верхней и нижней частях колонны:

а) в верхней части колонны:

(2.67)

б) в нижней части колонны:

, где (2.68)

Lc - периметр слива;

к=спж/сЖ - отношение парожидкостного слоя к плотности жидкости, принимается равным 0.5

Высота парожидкостного слоя на тарелке в верхней и нижней частях колонны:

а) в верхней части колонны:

(2.69)

б) в нижней части колонны:

, где (2.70)

hпер - высота переливного порога

Сопротивление парожидкостного слоя на тарелке в верхней и нижней частях колонны:

а) в верхней части колонны:

(2.71)

б) в нижней части колонны:

(2.72)

2.8. Расчет числа действительных тарелок графоаналитическим методом (построением кинетических линий)

Эффективность тарелки по Мэрфи:

(2.73)

(2.74)

(2.75)

, где (2.76)

Ey - локальная эффективность по пару;

e - межтарельчатый унос жидкости;

и - доля байпасирующей жидкости;

S - число ячеек полного перемешивания;

m - коэффициент распределения компонента по фазам в условиях равновесия;

л=m(R+1)R - фактор массопередачи для укрепляющей части;

л=m(R+1)/(R+f) - фактор массопередачи для исчерпывающей части.

Локальная эффективность по пару:

, где (2.77)

- число единиц переноса по паровой фазе на тарелке (2.78)

- скорость пара в рабочем сечении тарелки (2.79)

- рабочее сечение тарелки

- коэффициент массопередачи (2.80)

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6

© 2003-2013
Рефераты бесплатно, курсовые, рефераты биология, большая бибилиотека рефератов, дипломы, научные работы, рефераты право, рефераты, рефераты скачать, рефераты литература, курсовые работы, реферат, доклады, рефераты медицина, рефераты на тему, сочинения, реферат бесплатно, рефераты авиация, рефераты психология, рефераты математика, рефераты кулинария, рефераты логистика, рефераты анатомия, рефераты маркетинг, рефераты релиния, рефераты социология, рефераты менеджемент.