курсач. курсач шамиль. Пояснительная записка проекта включает Литературный обзор

• Название: Пояснительная записка проекта включает Литературный обзор
• Анкор: курсач
• Дата: 28.10.2022
• Размер: 0.89 Mb.
• Имя файла: курсач шамиль.docx
• Тип: Пояснительная записка; #759774
• страница: 3 из 4

2.1.6 Определение внутренних материальных потоков в колонне
Количество жидкости в верхней секции колонны определяется в зависимости от принятого флегмового числа

O = R∙ D = 3,09 ∙ 2,58 = 7,98 (2.20)
Расход пара в верхней секции колонны определяется как сумма количеств орошения и дистиллята

V = O + D = 7,98 + 2,58 = 10,56 кг/с (2.21)

Объёмный расход пара рассчитывается по уравнению:
, (2.22)
где Р_о=760 мм рт.ст. – атмосферное давление;

Средняя температура верхней части колонны равна
0,5(t_D + t_L) = 0,5(75+85) = 80 ^оС (2.23)
При этой температуре содержание хлороформа в паре составит 0,67 мольные доли. Тогда:

М_ср =у’_нкк∙ М_нкк + у’_вкк∙ М_вкк = 0,67 ∙ 119,38 + 0,67 ∙ 18 = 92,04 (2.24)


Плотность паров

(2.25)
Плотность жидкости в любом сечении колонны определяется по уравнению:

, (2.26)
где х_нкк, х_вкк – массовые доли хлороформа и бензола в жидкой фазе рассматриваемого сечения колонны;

ρ_нкк, ρ_вкк– их плотности при расчётной температуре, кг/м³.

В рассматриваемом сечении верхней части колонны при температуре 85^оС х_нкк=0,39; х_вкк=0,61

Ρ_нкк=721 кг/м³; ρ_вкк=1128 кг/м³; [4, c.512]
кг/м³

Объёмный расход жидкости:

V_ж = 10,56/840=0,013 (2.27)
Аналогичные расчёты проведём для отгонной части колонны.

Массовый расход жидкой фазы:

О^н = 10,56 + (1-0,34)6,26 = 15,58 кг/с

Массовый расход паровой фазы:

V^H = O^H – W = 15,58 – 2,58 = 10 кг/с
Плотность паров


Плотность жидкости в этом сечении колонны

кг/м³
где 0,47 и 0,53 – массовые доли хлороформа и бензола в рассматриваемом сечении;

709 и 1113 – их плотности при температуре 106 ^оС. [4,c.512]
Объёмный расход жидкости

V^H_Ж = 10/1025 = 0,009 кг/с
2.2 Гидравлический расчёт
Гидравлический расчёт колонн проводится с целью определения основных размеров аппарата – диаметра, высоты, конструктивных размеров контактных устройств, которые должны обеспечить заданное разделение исходного количества сырья в колонне.

2. 
   
   
3. 
   
   

1. 
   Выбор расстояния между тарелками
   

Расстояние между тарелками выбирается, исходя из условия, что во время работы тарелки между верхним уровнем вспененной жидкости и лежащей выше тарелки обеспечивается сепарационное пространство, достаточное для отделения основной массы брызг и выбросов жидкости из слоя. Выбор межтарелочного расстояния может также определяться и другими соображениями – удобством монтажа, осмотра и ремонта тарелок и внутренних устройств, общей стоимостью или металлоёмкостью колонны и так далее. Примем расстояние между тарелками Н=500 мм.

2. 
   Определение диаметра колонны
   

Диаметр колонны определяется по максимально допустимой скорости пара w_макс и объёму паров V_П из уравнения:
, м. (2.30)

В настоящее время в практике проектирования наибольшее распространение получила следующая зависимость для расчёта максимально допустимой скорости пара в колоннах с переливными тарелками:
, м/с (2.31)
Коэффициент с_макс зависит от типа тарелки, расстояния между тарелками, нагрузки по жидкости на единицу длины слива и определяются по уравнению:
(2.32)
где К₁ – коэффициент, определяется в зависимости от типа тарелки из таблицы 2.5;

К₂=1 при расстоянии между тарелками Н>350 мм;

С₁ – коэффициент, определяется по рисунку 2.2 в зависимости от расстояния между тарелками;

С₂ – коэффициент, равный 4, для всех типов тарелок, кроме струйной, для которой он равен 5.
Таблица 2.4 - Значения коэффициента К₁

Тип тарелки	К1
Колпачковая тарелка Тарелка из S-образных элементов Клапанная тарелка Ситчатая и струйная тарелка Струйная тарелка с отбойниками	1,0 1,0 1,15 1,2 1,4

Рисунок 2.2 График зависимости коэффициента С₁ от расстояния
между тарелками Н.

Величина λ, учитывающая влияние нагрузки по жидкости на производительность колонны по пару, определяется по уравнению:
(2.33)
где V_ж и V_п – объёмные расходы жидкости и пара в м³/с.

При расчёте λ предварительно принимают, что тарелка однопоточная, то есть z=1.

Клапанная однопоточная тарелка и расстояние Н=500мм К₁=1,15; К₂=1; С=650 и С₂=4.

Диаметр колонны определим для верхней и нижней частей колонны.
Для верхней части колонны



м/с
м
Принимаем 2,2м

Для нижней части колонны


м/с
м
Принимаем 2м

Согласно расчёту, диаметры концентрационной и отгонной частей колонны незначительно отличаются друг от друга. Поэтому в соответствии с нормальным рядом диаметров колонн примем диаметр колонны равным 2,2 м и одинаковым для обеих частей колонны.

Фактические скорости паров вверху и внизу колонны будут равны, соответственно:

м/с

м/с.
Следовательно, при примерно одинаковых физических свойствах пара и жидкости по высоте колонны, в верхней её части скорости паров в 1,07 раза больше, чем в нижней, а нагрузки по жидкости в 1,33 раза меньше. Такое распределение нагрузок говорит о том, что условия работы тарелок будут примерно одинаковыми, что и подтверждается, в частности, расчётом диаметра колонны. В связи с этим все последующие гидравлические расчёты будем производить только для верхней части колонны.

3. 
   Основные размеры тарелки
   

Примем однопоточные клапанные тарелки типа ТКП. При диаметре клапана 50 мм, отверстии под клапаном 40 мм и расстоянии между центрами отверстий 75мм такая тарелка имеет согласно ОСТ 26-02-1401-77 следующие характеристики [5, c.122]:

• 
  диаметр колонны, D 2,2 м
  
• 
  свободное сечение колонны, F_к 3,8 м²
  
• 
  рабочее сечение тарелки, F_р 2,76 м²
  
• 
  периметр слива, П 1,74 м
  
• 
  сечение перелива, F_п 0,52 м²
  
• 
  относительное свободное сечение тарелки, ε 14,26 %
  
• 
  число клапанов, n 432
  
• 
  число рядов клапанов, N 22
  
• 
  длина пути жидкости на тарелке, l_ж 1,56 м
  
• 
  высота сливной планки, h_п 0,06
  

2. 
   
   

4. 
   Гидравлическое сопротивление тарелки
   

Гидравлическое сопротивление тарелки ∆Р есть сумма сопротивлений сухой тарелки ∆Р_с и слоя жидкости на тарелке ∆Р_ж и сопротивления, обусловленного силой поверхностного натяжения ∆Р_σ .

Для большинства тарелок величиной ∆Р_σ можно пренебречь и определять ∆Р по упрощенной формуле:
(2.34)
Величина ∆Р_с представляет собой потерю скоростного напора пара на преодоление местных сопротивлений на сухой, неорошаемой тарелке и равна:
, (2.35)
где - скорость пара в отверстиях под клапанами, м/с;

- коэффициент сопротивления сухой тарелки (таблица 2.5).
Па

Таблица 2.5 Значения коэффициентов сухой тарелки

Тип тарелки	Величина
Колпачковая Из S – образных элементов Клапанная Ситчатая	4,0-5,0 4,1 3,6 1,1-2,0

Для клапанных тарелок ∆Р_ж определяется высотой слоя светлой жидкости на тарелке и рассчитывается по уравнению

, (2.36)
где ∆h – высота подпора жидкости над сливной планкой, м.

Высота подпора жидкости над сливной планкой определяется по уравнению:

, м. (2.37)
При высоте сливной планки h_п=0,06 м, объёмном расходе жидкости V_ж=0,0098 м³/с и периметре слива П=1,74 м сопротивление слоя жидкости на тарелке будет равно
Па
Общее сопротивление тарелки будет равно
Па

5. 
   Диапазон устойчивой работы тарелки
   

Диапазон устойчивой работы тарелки (колонны) определяется как отношение
максимально допустимой к минимально допустимой скорости паров
. (2.38)
Минимально допустимую скорость паров определяют по формуле:
, (2.39)

- свободное сечение тарелки. (2.40)
м/с

Следовательно, производительность колонны может быть уменьшена в 0,73 раза без заметного понижения эффективности разделения.

6. 
   Определение межтарельчатого уноса жидкости
   

Оптимальный унос, соответствующий минимальным затратам, может быть сравнительно велик – от 0,2 до 0,4 кг жидкости на 1 кг пара. Однако для технических расчётов оптимальный унос жидкости не должен превышать 0,1. Если унос выше допустимого, необходимо увеличивать расстояние между тарелками или уменьшать скорость паров, увеличивая диаметр, рабочую площадь и живое сечение тарелки.

Унос жидкости рассчитывают по уравнению:
, (2.41)
где h_б – глубина барботажа, мм;

m – коэффициент, определяемый по уравнению:
(2.42)

φ и А – коэффициенты: при Н<400 мм А=9,48∙10⁷; β=4,36

при Н≥400 мм А=0,159; β=0,95

Значение коэффициента φ зависит от скорости пара и типа тарелки, принимается по данным таблицы 2.6.

Таблица 2.6 Значения коэффициента φ

Тип тарелки	При скорости пара
	0,5
Колпачковая Из S – образных элементов Клапанная Ситчатая	0,4 0,3 0,6 0,8	0,6 0,6 0,8 0,9

(2.43)
- поверхностное натяжение на границе жидкость – пар, Н/м;

μ – динамическая вязкость паров, Па∙с.

Для клапанных тарелок глубина барботажа принимается равной высоте слоя светлой жидкости на тарелке, то есть:
мм
.
Поверхностное натяжение зависит от состава смеси и температуры и определяется по уравнению:
, (2.44)

где Н/м, Н/м – поверхностные натяжения хлороформа и бензола при температуре 95 ^оС [ 4, c.526];

; - массовые доли этилового хлороформа и бензола в рассматриваемом сечении колонны.
Н/м
Динамическая вязкость смеси паров также зависит от состава и температуры и определяется по уравнению:
, (2.45)
где μ_i и y_i – вязкость и мольная доля i – компонента в парах;

М_ср и М_i – средняя мольная масса и мольная масса i – компонента.

Для технических расчётов вязкость смеси паров углеводородов с достаточной точностью можно принять равной 1∙10^-5 Па∙с.

кг/кг
Таким образом, рассчитанная величина уноса жидкости ниже допустимой.

7. 
   Расчёт переливного устройства.
   

Для нормальной работы переливного устройства без «захлёбывания» необходимо, чтобы выполнялись следующие условия:

H’< H+h_п,

у < х ,

где H’ – высота вспененного слоя жидкости в сливном устройстве;

у – величина вылета ниспадающей струи;

х – максимальная ширина сливного устройства (принимается по каталогу).

С учётом вспенивания уровень жидкости в сливном устройстве определяется равенством:

,

где h’ – высота слоя светлой невспененной жидкости в сливном устройстве;

ρ’_п – средняя относительная плотность вспененной жидкости в переливном устройстве.

В колоннах разделения углеводородных газов интенсивность пенообразования слабая и при расходах жидкости меньше 65 м³/м∙ч принимают ρ’_п=0,65.

Высота слоя светлой жидкости определяется из выражения:
, (2.46)
где ∆ - градиент уровня жидкости на тарелке;
; (2.47)
∆Р_ж.п – сопротивление движению жидкости в переливе, определяется по уравнению:

, (2.48)
где К=250 – коэффициент для тарелок с затворной (переливной) планкой.

а – наиболее узкое сечение перелива, принимается по каталогам, но не менее 0,04 м.

Для колпачковых тарелок градиент уровня жидкости определяется по номограмме [7,c.87], для остальных тарелок им можно пренебречь.
Па
мм
мм
Величину вылета ниспадающей струи определяют по уравнению:
, м (2.49)
м.
Очевидно, что 321<500+60 и 0,2<0,32, где максимальная ширина сливного устройства

. (2.50)
Проведённый гидравлический расчёт тарелок показывает, что принятые размеры колонны и тарелок обеспечивают некоторый запас производительности.