Проектирование ректификационной колонны для разделения бинарной смеси этанол–вода

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Технологический расчет

Расчет ректификационной колонны

Необходимо рассчитать ректификационную колонну с ситчатыми тарелками для разделения смеси сероуглерод - четыреххлористый углерод под атмосферным давлением и определить её основные геометрические размеры (диаметр и высоту

Материальный баланс колонны и рабочее флегмовое число. Производительность колонны по дистилляту P и кубовому остатку W определим из уравнений материального баланса колонны:

F = P + W

P = F - W = 1.94 - 1.51 = 0.43 кг/с

Нагрузка ректификационной колонны по пару и жидкости определяется рабочим флегмовым числом. Для его расчета используют приближенные вычисления, основанные на определении коэффициента избытка флегмы

,

где - минимальное флегмовое число.

При этом:

где - мольные доли легколетучего компонента в жидкости,

- концентрация легколетучего компонента в паре, находящаяся в равновесии с жидкостью (питанием исходной смеси).

Пересчитаем составы фаз из массовых в мольные доли по соотношению

где МБ и МТ - молекулярные массы соответственно сероуглерода и четыреххлористого углерода , кг/кмоль.

кмоль/кмоль смеси

Аналогичным образом находим = 0.92 и = 0.03 кмоль/кмоль смеси

Относительный мольный расход

По данным строим равновесную кривую сероуглерод-четыреххлористый углеродминимальное флегмовое число.

Нагрузка ректификационной колонны по пару и жидкости определяется рабочим флегмовым числом. Для его расчета используют приближенные вычисления, основанные на определении коэффициента избытка флегмы

Построим рабочую линию (для верхней части колонны):

Зададимся различными значениями коэффициента избытка флегмы в

1)в=1,1; R=1,1*1,42=1,56

Верхней части :

Нижней части :

2)в=1,35; R=1,35*1,42=1,92

Верхней части :

Нижней части :

3)в=1,75 ; R=1,75*1,42=2,48

Верхней части :

Нижней части :

4)в=2,35 ; R=2,35*1,42=3,33

Верхней части :

Нижней части :

5)в=3,30 ; R=3,30*1,42=4,68

Верхней части :

Нижней части :

6)в=6,25 ; R=6,25*1,42=8,87

Верхней части :

Нижней части :

в…………………1,1 1,35 1,75 2,35 6,25

R……………… 1,561,922,483,33 8,87

N………………15,514,5108 7

N(R+1)…………39,6837,9633,4 45,44 69,09

Число ступеней изменения концентраций N определили графически. Определяем рабочее флегмовое число, для этого строим график зависимости N(R+1) от R. Из графика видно, что минимальное произведение N(R+1) соответствует флегмовому числуR = 2,4

Средние массовые расходы (нагрузки) по жидкости для верхней и нижней частей колонны определяют по формулам:

,

.

где МD и МF- мольные массы дистиллята и исходной смеси.

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

,

,

где и - средний мольный состав жидкости соответственно в верхней и нижней части колонны:

,

.

Таким образом, получим:

кг/кмоль,

кг/кмоль.

Мольные массы дистиллята, исходной смеси и кубового остатка:

Подставляя величины в уравнение и получим:

Средние массовые потоки пара в верхней и нижней частях колонны:

где - средние мольные массы паров в верхней и нижней частях колонны:

Где:

Тогда получим:

Подставив полученные величины в уравнения и имеем:

Расчет вихревого контактного устройства и диаметра колонны

Задаемся скоростями пара входа в контактное устройство , скорости в щелях контактного устройства и скорости в кольцевом сечении контактного устройства.

Диаметр входного отверстия вычисляется по формуле:

где: V - объемный расход газа; кг/ч - массовый расход газа; - плотность воздуха.

Ширина щели определили графическим способом hщ = 0,025м

Радиус окружности, описываемой концами лопаток по формуле:

м

Высота завихрителя принимаем равную dвх=hз=0,35м

Длину лопасти завихрителя определяем графическим способомlл=0,1 м

Из условия равенства скоростей в различных сечениях ВКУ следует равенство площадей этих сечений, т.е.

1,2Fвх = 1,2Fщ = Fк,

где коэффициент 1,2 принимается для учета жидкостной пленки на внутренней поверхности контактного патрубка

,

,

,

Следовательно, диаметр контактного патрубка рассчитывается по формуле:

принимаем 0

Допустимая скорость в верхней и нижней частях колонны высчитывается по формуле:

Определим средние плотности пара в верхней и нижней частях колонны:

где , - средние температуры пара, определяемые таблице 1 по значениям и :

Тогда получим:

Определяем плотность при