p align="left">вxf, вyf - коэффициенты массоотдачи, отнесенные к единице рабочей площади тарелки для жидкой и паровой фаз (2.81) (2.82) Критерий Фруда: а) в верхней части колонны: (2.83) б) в нижней части колонны: (2.84) Паросодержание барботажного слоя: а) в верхней части колонны: (2.85) б) в нижней части колонны: (2.86) Высота светлого слоя жидкости: (2.87) Удельный расход жидкости на 1м ширины переливной перегородки для верхней и нижней частей колонны: а) в верхней части колонны: (2.88) б) в нижней части колонны: , где (2.89) b - ширина переливного порога Коэффициент диффузии в жидкости при средней температуре в верхней и нижней частях колонны: а) в верхней части колонны: (2.90) б) в нижней части колонны: (2.91) Коэффициент диффузии в жидкости при температуре t=200C в верхней и нижней частях колонны: а) в верхней части колонны: (2.92) б) в нижней части колонны: (2.93) хБ, хТ - мольные объемы бензола и толуола, A=B=1 - коэффициенты. Вязкость жидкости при t=200С в верхней и нижней частей колонны: а) в верхней части колонны: (2.94) б) в нижней части колонны: (2.95) Температурный коэффициент b для верхней и нижней частей колонны: а) в верхней части колонны: (2.96) б) в нижней части колонны: (2.97) Коэффициент диффузии в паровой фазе при средней температуре в верхней и нижней частях колонны: а) в верхней части колонны: (2.98) б) в нижней части колонны: , где (2.99) Р - давление в колонне Плотность орошения для верхней и нижней частей колонны: а) в верхней части колонны: (2.100) б) в нижней части колонны: , где (2.101) S - число ячеек полного перемешивания. При Dст=1.8 м и b=0.289 м принимаем, что 1 ячейка перемешивания соответствует длине пути жидкости l0=300-400 мм. Пусть l0=350 мм, тогда длина пути жидкости: (2.102) 3. Расчетная частьРазделяемая смесь: бензол-толуол (ХF=0.40). Нагрузка колонны по сырью - 10 т/час. Содержание низкокипящего компонента в дистилляте (ХD=0.97), в кубовом остатке (ХW=0.029). Контактный элемент - тарелка.3.1. Материальный баланс колонны и рабочее флегмовое числоСогласно уравнениям материального баланса (2.14, 2.15, 2.16) выразим и рассчитаем расход дистиллята и кубового остатка:; Определим концентрации питания, дистиллята и кубового остатка в мольных долях в соответствии с формулами (2.17, 2.18, 2.19):Питание: Дистиллят:Кубовый остаток: Вычислим равновесные составы фаз для бензольно-толуольной смеси при атмосферном давлении, считая, что смесь характеризуется законом Рауля. Расчет представлен в табл. 3.1.Таблица 3.1Парожидкостное равновесие системы бензол-толуол|
T,0С | Pб, мм.рт.ст. ¤ | Рт, мм.рт.ст. ¤ | П, мм.рт.ст. | x=(П-Рт)/(Рб-Рт) | y*=(Р*б/П)x | | 80 | 760,0 | 300,0 | 760 | 1 | 1 | | 84 | 852,0 | 333,0 | 760 | 0,823 | 0,922 | | 88 | 957,0 | 379,5 | 760 | 0,659 | 0,830 | | 92 | 1078,0 | 432,0 | 760 | 0,508 | 0,720 | | 96 | 1204,0 | 492,5 | 760 | 0,376 | 0,596 | | 100 | 1344,0 | 559,0 | 760 | 0,256 | 0,453 | | 104 | 1495,0 | 625,5 | 760 | 0,155 | 0,304 | | 108 | 1659,0 | 704,5 | 760 | 0,058 | 0,128 | | 110 | 1748,0 | 760,0 | 760 | 0 | 0 | | Примечание: ¤ - [8] | | |
Полученные данные наносим в виде кривых в координатах t-x,y и y*-x (см. рис. 3.20, 3.21). Рис.3.20. Фазовая диаграмма t-x,y системы бензол-толуол. Рис. 3.21. Диаграмма равновесия между паром и жидкостью в системе бензол-толуол. По диаграмме y*-x находим y*F при xF=0.44: y*F=0.66. По формуле (2.20) определим минимальное флегмовое число: Далее, задав различные значения коэффициента избытка флегмы Z, определим флегмовые числа. Затем рассчитаем b (длина отрезка, отсекаемого на оси ординат верхней рабочей линией). Графическим построением определим число ступеней изменения концентраций для каждого флегмового числа (см. приложение 1). Расчеты и результаты графических построений приведены в табл. 3.2. Таблица 3.2 Данные для расчета рабочего флегмового числа |
Z=R/Rmin | 1 | 1.1 | 1.2 | 1.4 | 1.5 | 1.7 | 1.9 | 2.5 | | R | 1.41 | 1.55 | 1.69 | 1.97 | 2.12 | 2.40 | 2.68 | 3.53 | | b=XD/(R+1) | 0.40 | 0.38 | 0.36 | 0.33 | 0.31 | 0.29 | 0.26 | 0.21 | | N | 27 | 20 | 18 | 16 | 14 | 13 | 12 | 11 | | N(R+1) | 65.07 | 51 | 48.42 | 47.52 | 43.68 | 44.20 | 44.16 | 49.83 | | |
Минимальное значение N(R+1) соответствует числу ступеней изменения концентраций, равному 14, и рабочему флегмовому числу R=2.12. Данный вывод графически интерпретирует рис. 3.22. Рис. 3.22. Диаграмма равновесия между паром и жидкостью в системе бензол-толуол при флегмовом числе R=2.12 Расчет рабочего флегмового числа возможен также с применением эмпирической зависимости (2.21): 3.2. Число теоретических тарелокРассчитаем уравнение рабочей линии верхней части колонны по формуле (2.22) при XD=0.97; R=2.12:y=Интерполяцией определим составы жидкости и пара, покидающих тарелки верхней (укрепляющей) части колонны. Для расчета используем данные табл. 3.1.x0=y1=XD=0.9701) y2=0.9472) y3=0.9133) y4=0.8634) y5=0.7975) y6=0.7296) y7=0.667С 7-ой ступени стекает жидкость, близкая по составу к исходной смеси (ХF=0.44). Примем 7-ую ступень за ступень питания.Далее для определения составов жидкости и пара будем пользоваться уравнением рабочей линии для нижней (исчерпывающей) части колонны.Уравнение рабочей линии нижней части колонны определим по формуле (2.23) при ХW=0.03; R=2.12; F=10 т/час; D=3.94 т/час:y=1) y8=0.6182) y9=0.5853) y10=0.5384) y11=0.4755) y12=0.3926) y13=0.3057) y14=0.2148) y15=0.1379) y16=0.079Итак, с 16-ой ступени стекает жидкость, содержание бензола в которой близко к содержанию его в кубовом остатке (ХW=0.03). Следовательно, при подаче исходной смеси на 7-ую ступень для осуществления процесса необходим аппарат, эквивалентный 16 теоретическим ступеням. На практике данный алгоритм часто выполняют графически, строя ступенчатую линию между кривой равновесия и рабочей линией (см. приложение 1). 3.3. Средние массовые расходы пара и жидкости в верхней и нижней частях колонныРассчитаем средний мольный состав жидкости в верхней и нижней частях колонны, используя формулы (2.34, 2.35):а) в верхней части колонны:б) в нижней части колонны:Рассчитаем средний мольный состав пара в верхней и нижней частях колонны. 1 способ с использованием формул (2.36, 2.37):а) в верхней части колонны при yD=xD=0.97; y*F=0.66:б) в нижней части колонны при yW=xW=0.03; y*F=0.66:2 способ с использованием уравнений рабочих линий (2.22, 2.23):а) в верхней части колонны:б) в нижней части колонны:Определим средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны по формулам (2.38, 2.39):а) в верхней части колонны:б) в нижней части колонны:Определим средние мольные массы пара в верхней и нижней частях колонны по формулам (2.40, 2.41):а) в верхней части колонны при Yср.В.=0.790 кмоль/кмоль смеси:б) в нижней части колонны при Yср.Н.=0.336 кмоль/кмоль смеси:Определим мольные массы исходной смеси и дистиллята по формулам (2.48, 2.49):Рассчитаем средние массовые расходы по жидкости для верхней и нижней частей колонны по формулам (2.50, 2.51):а) в верхней части колонны:б) в нижней части колонны: Рассчитаем средние массовые расходы пара для верхней и нижней частей колонны по формулам (2.52, 2.53):а) в верхней части колонны:б) в нижней части колонны:3.4. Скорость пара и диаметр колонныСредние температуры пара определим по диаграмме t-x,y (см. рис. 3.20):1 способ:при yср.В=0.790>tср.В.=890Спри yср.Н=0.336>tср.Н.=1030СОпределим среднюю температуру в колонне при tср.В.=890С, tср.Н.=1030С:2 способ:при xD=0.97>tD=830Спри xW=0.03>tW=1090Спри xF=0.44>tF=900СДалее рассчитаем средние температуры в верхней и нижней частях колонны:Определим среднюю температуру в колонне при tD=830С; tW=1090С; tF=900ССредние плотности пара находим по формулам (2.42, 2.43):а) в верхней части колонны при tср.В.=890С:б) в нижней части колонны при tср.Н.=1030С:Среднюю плотность пара в колонне определим по уравнению (2.44):Рассчитаем среднюю плотность жидкости (смеси) в колонне:1 способСначала определим плотность жидкого бензола при tD=830С и жидкого толуола при tW=1090С интерполяцией с использованием справочной информации по плотности веществ [11]:· Плотность жидкого бензола при tD=830С:При t=800С>сБ=815 кг/м3; при t=1000С>сБ=793 кг/м3· Плотность жидкого толуола при tW=1090С:При t=1000С>сT=788 кг/м3; при t=1200С>сT=766 кг/м3Затем рассчитаем среднюю плотность жидкости (смеси) в колонне по формуле (2.45):2 способСначала определим плотность жидкого бензола и толуола при tср в=890С и при tср н=1030С интерполяцией с использованием справочной информации по плотности веществ [11]:· Плотность жидкого бензола при tср в=890С:При t=800С>сБ=815 кг/м3; при t=1000С>сБ=793 кг/м3· Плотность жидкого толуола при tср в=890С:При t=800С>сТ=808 кг/м3; при t=1000С>сТ=788 кг/м3· Плотность жидкого бензола при tср н=1030С:При t=1000С>сб=793 кг/м3; при t=1200С>сб=769 кг/м3
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6
|