Лабораторная работа. Исходной смеси,% масс. пропан 10 изобутан 15 нбутан 20 изопентан 30 нпентан 25. Заданное

• Название: Исходной смеси,% масс. пропан 10 изобутан 15 нбутан 20 изопентан 30 нпентан 25. Заданное
• Анкор: Лабораторная работа
• Дата: 27.01.2022
• Размер: 7.21 Mb.
• Имя файла: 413717.rtf
• Тип: Реферат; #343921
• страница: 5 из 5

9. Расчет гидравлического сопротивления ступеней контакта с переливами
Рабочую скорость, для верхней и нижней части колонны, рассчитывают по формуле [6, c. 231]:
(54)
где – объёмный расход пара в данном сечении колонны, м³/с.
Рабочая скорость пара в укрепляющей и исчерпывающей части колонны по формуле (54) равны соответственно:
4 · 0,07 / 3,14 / (1,0)² = 0,08 м/с;

4 · 0,10 / 3,14 / (1,2)² = 0,09 м/с;
Скорость паров в свободном сечении ступеней контакта (тарелки) рассчитывают по формуле [6, с. 236]:
, (55)
где – скорость пара в свободном сечении или отверстиях колонны, м³/с;

– рабочая скорость паров, м/с;

– доля свободного сечения в тарелке. Для клапанной тарелке равен 0,1[1,с. 179]

Скорость пара в свободном сечении для верхней и нижней части колонны по формуле (55) составит:

0,08 / 0,1 = 0,8 м/с, 0,09 / 0,1 = 0,9 м/с.
Гидравлическое сопротивление сухой ступени контакта (тарелки) рассчитывают по формуле [1, c. 188]:
ΔΡ_сух = ξ· (56)
где ΔΡ_сух – гидравлическое сопротивление сухой ступени контакта, мм ст.жидкости;

– ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с²;

ρ_ж, ρ_п - плотность жидкости и пара соответственно, кг/м³;

– коэффициент, зависящий от типа контактного устройства. Для клапанных тарелок принимают равным 3,6 [1, с. 188].

Гидравлическое сопротивление сухой ступени контакта для укрепляющей и исчерпывающей части по формуле (55) соответственно равно:
3,6 · 0,8² · 30,95 / (2 · 9,81 · 373,50) · 1000 = 1,35 мм ст. ж.;

3,6 · 0,9² · 14,665 / (2 · 9,81 · 728,51) · 1000 = 3,23 мм ст. ж..
Гидравлическое сопротивление слоя жидкости на тарелке рассчитывают по формуле [1, c. 192]:
ΔР_ж = h + Δh, (57)
где ΔР_ж – гидравлическое сопротивление жидкости на ступени контакта, мм ст. жидкости;

– высота переливной планки, мм. Принимают равной 40 мм;

– высота подпора жидкости над переливной планкой, мм. Она рассчитывается по формуле [1, c. 191]:
Δh = k₁· k₂ · (58)
где – жидкостная нагрузка на единицу длины сливной планки, м³/(м ч);

k₁ – коэффициент, зависящий от типа переливной планки, находится в диапазоне от 2,8 до 3,2 для прямой сливной планки k₁ = 3 [1, с. 191];

k₂ – коэффициент, учитывающий сжатие потока стенками стакана.

Жидкостная нагрузка для укрепляющей и исчерпывающей части рассчитывается по соответствующим формулам [6, с 283]:
= , (59)

= , (60)
где – длина сливной планки, м.

Принимают отношение B/D равным 0,9, тогда длина сливной планки для укрепляющей части D = 0,9· 1,0 = 0,90, исчерпывающей части колонны D = =0,9 ·1,2 = 1,08.

Тогда жидкостная нагрузка для укрепляющей части колонны по формуле (59) составит:
= 13,31 м³/(м · ч).
Для исчерпывающей по формуле (60) составит:
= 58,36 м³/(м · ч).

Для расчёта высоты подпора жидкости над переливной планкой необходимо найти коэффициент k₂, его находят по графику зависимости ( )от величины. Значение этого комплекса составляет для верха колонны  = 15,59 единиц, а для низа  = 51,99 единиц. Отсюда коэффициент k₂ для верха колонны составит значение 3,00 [1, с. 191], а для низа 1,01 [1, с. 191].

По формуле (58) высота подпора жидкости над переливной планкой для укрепляющей и исчерпывающей части соответственно составит:
3 · 1,01 · 13,31 ^/3 = 17,02 мм ст. жидкости;

3 · 1,05 · 58,36^/3 = 47,39 мм ст. жидкости.
Гидравлическое сопротивление слоя жидкости, согласно формуле (57) составит значение:
50 + 17,02 = 67,02 мм ст. жидкости;

50 + 47,39 = 97,39 мм ст. жидкости.
Гидравлическое сопротивление тарелки рассчитывается по уравнению [1, c. 188]:
ΔР = ΔР_сух + ΔР_ж, (61)
Соответственно для укрепляющей и исчерпывающей части колонны гидравлическое сопротивление составит:
1,35 + 67,02 = 68,37 мм ст. жидкости;

3,23 + 97,39 =100,62 мм ст. жидкости.
Полученное давление переводят в единицы измерения системы Си и получают:
68,37 · 373,50 · 9,81 / (1000 · 1000000) = 0,00025 МПа;

100,62 · 293,13 · 9,81 / (1000 · 1000000) = 0,00029 МПа.
Найденные значения сравнивают с ранее принятыми значениями гидравлического сопротивления укрепляющей и исчерпывающей части равного 0,00030 МПа и 0,00060 МПа соответственно. То же самое делают с полученными действительными тарелками.

Результаты расчёта основных параметров (с погрешностью менее 1%) представлены в таблице 16.
Таблица 16 - Значения основных параметров ректификационной колонны

Параметр	Значение
температура конца конденсации, °С	60,65
температура верха колонны, °С	61,14
давление верха колонны, МПа	2,06
температура питания колонны, °С	112,16
давление питания, МПа	2,07
температура куба колонны, °С	166,70
давление куба колонны, МПа	2,08
минимальное флегмовое число
минимальное число теоретических тарелок в укрепляющей части, штук
минимальное число теоретических тарелок в исчерпывающей части, штук
Общее минимальное число теоретических тарелок, штук
оптимальное флегмовое число
оптимальное число теоретических тарелок в укрепляющей части
оптимальное число теоретических тарелок в исчерпывающей части
Общее оптимальное число теоретических тарелок
КПД тарелки в укрепляющей части
КПД тарелки в исчерпывающей части
действительное число тарелок в укрепляющей части
действительное число тарелок в исчерпывающей части
количество тепла, поступающего с парами кипятильника, кВт
стандартный диаметр колонны, м
сопротивление сухой тарелки в укрепляющей части, мм ст. жидкости
сопротивление сухой тарелки в исчерпывающей части, мм ст. жидкости
сопротивление слоя жидкости на тарелке в укрепляющей части, мм ст. жидкости
сопротивление слоя жидкости на тарелке в исчерпывающей части, мм ст. жидкости
гидравлическое сопротивление тарелки в укрепляющей части, Па
гидравлическое сопротивление тарелки в исчерпывающей части, Па

10. Проверка устойчивости работы тарелки
Для нормальной работы колонны, без захлебывания, необходимо, что­бы выполнялись 3 условия [1, с. 200]:

1. 
   Н_всп < Н_мт +h_П;
   
2. 
   у < 0,6·S ;
   
3. 
    >  _доп
   

где Н_всп - высота вспененного слоя жидкости, мм;

Н_мт - расстояние между ступенями контакта, мм;

h_П - высота переливной планки, мм;

у - вылет ниспадающей струи жидкости, мм;

S - максимальная ширина переливной планки, мм;

- время пребывания жидкости сливном устройстве, с;

 _доп - допустимое время пребывания жидкости в сливном устройстве, с.

Производят проверку:

а) проверка первого условия нормальной работы сливного устройства Считается, что высота вспененного слоя жидкости примерно равна двум высотам светлого слоя жидкости. В свою очередь, высота светлого слоя жидкости рассчитывается по формуле [1, с. 198]:
(62)
где h' - высота светлого слоя жидкости, мм.

h_п - высота переливной планки, мм;

∆h - высота подпора жидкости над переливной планкой, мм ст. жидкости;

∆ - градиент уровня жидкости, мм ст. жидкости;

∆Р_Т - гидравлическое сопротивление ступеней контакта, мм ст. жидкости;

∆Рпж сопротивление жидкости перетеку в сливном устройстве ступе­ней контакта, мм ст. жидкости. Оно рассчитывается по формуле [1, с. 198]:
(63)
где К - коэффициент равный 250, для тарелок с затворной планкой;

а - узкое сечение в переливе равное 0,04 м;

L_V - жидкостная нагрузка, м³/(м-ч).
= 250·(13,31/3600·0,04²))² = 2,12 мм. ст. жидкости

= 250·(58,36/3600·0,04²))² = 41,06 мм. ст. жидкости
Градиент жидкости для тарелок с прямоточным режимом движения жидкости и пара рассчитывают по уравнению [1, с. 198]
64)
Тогда получают для укрепляющей и исчерпывающей части соответственно:
_укр =1,35 / 2 = 0,68 мм ст. жидкости;

∆_исч = 3,23 / 2 = 1,61 мм ст. жидкости;
В результате по формуле (66) получают следующие значения высоты светлого слоя жидкости:

h_укр= 50 + 17,02 + 0,68 + 68,37 + 2,14 = 138,20 мм ст. жидкости;

h'_исч= 50 + 47,39 + 1,61 + 100,62 + 41,06 = 240,68 мм ст. жидкости.
Высота вспененного слоя жидкости в сливном устройстве обычно принимается вдвое больше расчетной высоты светлого слоя жидкости.

Тогда высота вспененного слоя жидкости будет равна:

для укрепляющей части – 230,34 мм;

для исчерпывающей части -401,14 мм.

В результате получают:

• 
  для верха колонны:
  

230,34 < (500 + 40) мм - условие выполняется;

• 
  для низа колонны:
  

401,14 < (500 + 40) мм - условие выполняется.

б) проверка второго условия нормальной работы сливного устройства .

Считается, что сливное устройство будет нормально работать, если струя

жидкости, вылетая с тарелки, не касается стенки колонны.

Вылет ниспадающей струи жидкости рассчитывают по формуле [1, с. 199]:
…(65)
В результате для укрепляющей и исчерпывающей частей получают:
Уукр = 08 • (17,02 • (400 + 50 – 138,20))^1/2 = 58,28 мм ст. жидкости;

Уукр = 0,8 • (47,39 • (400 + 50 – 240,68))^ш = 79,68 мм ст. жидкости.

Максимальную ширину сливного устройства рассчитывают графиче­ски и получают равной 0,28 м для укрепляющей и 0,34 м для исчерпывающей части колонны

В итоге получают:

• 
  для укрепляющей части:
  

58,28 < 0,6 • 0,28 • 1000 или 58,28 < 169,23 - условие выполняется;

• 
  для исчерпывающей части:
  

79,68 < 0,6 • 0,34 • 1000 или 79,68 < 203,08 - условие выполняется;
в) проверка третьего условия нормальной работы сливного устройства Реальное время пребывания жидкости в сливном устройстве должно быть больше допустимого времени пребывания. Реальное время пребывания жидкости в сливном устройстве рассчитывается по формуле [1, с. 199]:
(66)
где В - длина сливной планки, м;

L_у - жидкостная нагрузка, м³/(м-ч);

V_пер - объём перелива, м³, который рассчитывается по формуле [1, с. 199]:
(67)
где S - максимальная ширина сливного устройства, м;

= 0,5 · 0,9 · 0,28 • (400 + 50) / 1000 = 0,06 м³,

= 0,5 · 1,08 · 0,34 • (400 + 50) / 1000 = 0,08 м³,
Тогда реальное время пребывания жидкости в сливном устройстве по формуле (66) составит:
= 0,06 · 3600 / 13,31 · 0,9 = 5,93 с;

= 0,08 · 3600 / 58,36 · 1,08 = 4,39 с.
Допустимое время пребывания жидкости в переливе рассчитывают по формуле [1, с. 199]:
τ_доп = 8-6*h_св/H_мт; (68)
Для укрепляющей и исчерпывающей части допустимое время пребы­вания жидкости в переливе составит:
= 8 – 6 · 138,20 / 400 = 5,93 с;

= 8 – 6 · 240,68 / 400 = 4,39 с;
В результате получают:

- для укрепляющей части:

13,90 > 5,93- условие выполняется;

• 
  для исчерпывающей части:
  

5,48 > 4,39 - условие выполняется.

Таким образом, и для укрепляющей части и для исчерпывающей части все три условия выполняются, и колонна будет работать в нормальном гид­родинамическом режиме, без захлебывания.
11. Высота ректификационной колонны
Высоту ректификационной колонны рассчитывают по формуле [6, с. 235]
Н = Нв + Нк + (Nсек - 1) • Нмс + Nсек • (N - 1) • Нмт + Ноп, (69)
где Н - высота колонны, м;

Нв - высота верхней части колонны, м;

Нк - высота кубовой части колонны, м;

Nсек– число секций колонны;

Нмс - расстояние между секциями, м;

N - число ступеней контакта в одной секции;

Нмх- расстояние между тарелками, м;

Ноп- высота опоры, принимается 2 м.

Высоту верхней части колонны Нв принимают равной 0,8 • D:
Нв = 0,8 • 1,0 = 0.8 м.
Высоту нижней части колонны Нк принимают равной 1,2 • D:
Нк= 1,2 · 1,2 = 1,44 м.
Колонну разбивают на 2 секции: 1 секций по 7 и одна секция по 7 тарелок. Расстояние в местах установки люков принимают равным 1 м.

Тогда высота ректификационной колонны по формуле (69) составит:
Н= 0,8 +1,44 + (2-1) • 1 + 1 • (7 - 1) 0,4 + 1 • (7 – 1) • 0,4 + 2 = 10,04 м.

Выводы

1. 
   Рассчитано оптимальное флегмовое число R_опт= 1.61.
   
2. 
   Рассчитано действительное число ступеней контакта для укрепляющей - 7, для исчерпывающей - 7.
   
3. 
   Рассчитаны основные размеры ректификационной колонны (см. пункт 11).
   

Список использованной литературы

1. 
   Александров, И. А. Ректификационные и абсорбционные аппараты. Методы расчёта и основы конструирования - 3-е изд., перераб. / И. А. Алек­сандров. - М.: Химия, 1978. - 280 с.
   
2. 
   Татевский, В. М. Физико-химические свойства индивидуальных уг­леводородов / В. М. Татевский. - М.: Гостопттехиздат, 1960. - 412 с.
   
3. 
   Варгафтик, Н. Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей / Н. Б. Варгафтик. - М. : Наука, 1972. - 720 с.
   
4. 
   Павлов, К. Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учеб. пособие для вузов / К. Ф. Павлов, П. Г. Ро- манков, А. А. Носков. - М.: ООО ТИД Альянс, 2005. - 576 с.
   
5. 
   Рид, Р. Свойства газов и жидкостей / Р. Рид, Дж. Праусниц, Т. Шер­вуд. - Л. : Химия, 1982. - 592 с.
   
6. 
   Дытнерский Ю. И. Основные процессы и аппараты химической тех­нологии: Пособие по проектированию / Ю. И. Дытнерский. - М.: Химия, 1991.-496 с.