4812_Расчет ректификационной колонны В-2. Расчет ректификационной колонны

• Название: Расчет ректификационной колонны
• Дата: 08.06.2021
• Размер: 1.19 Mb.
• Имя файла: 4812_Расчет ректификационной колонны В-2.doc
• Тип: Документы; #215318
• страница: 2 из 3

1.4 Определение расхода пара и флегмы в колонне
Сырье поступает в колонну с долей отгона е = 0, поэтому:

кг/ч. (1.17)

Массовый расход пара в верхней части колонны:

(1.18)

Так как все сырье поступает в жидкой фазе, то:

(1.19)

Массовый расход флегмы , поступающей в зону питания:

(1.20)

Массовый расход флегмы , поступающей в нижнюю часть колонны:

(1.21)

Массовая концентрация низкокипящего компонента во флегме , поступающей на последнюю тарелку нижней части колонны (счет тарелок в нижней части колонны идет снизу вверх), определяется соотношением:

, (1.22)

где - концентрация бензола в жидком потоке сырья по условию.

Ориентировочно можно принять, что:






Массовая концентрация низкокипящего компонента в паровом потоке, поднимающемся с последней тарелки нижней части колонны в зону питания:

(1.23)

Массовая концентрация низкокипящего компонента в паровом потоке, покидающем зону питания:

(1.24)

Проверка:

0,472 > 0,46 > 0,45;

0,68 = 0,68.
1.5 Тепловой баланс колонны
Принимаем температуру холодного испаряющегося орошения t =20 ⁰С. Теплофизические свойства сероуглерода и четыреххлористого углерода представлены в таблице 3 и 4.
Таблица 3 - Теплофизические свойства бензола

Свойство	Температура,0С
	40	65,4	71,5	73,3	89,6	98,8
Удельная теплоемкость, кДж/кгК	4,18	4,18	4,18	4,19	4,19	4,23
Давление насыщенного пара, мм.рт.ст.			249		525
Удельная теплота парообразования r, кДж/кг		2345,2
Плотность жидкости ρ, кг/м3	992	981,7	977,1	976	965,3	958,8
Поверхностное натяжение, дин/см	69,65	65,22	64,14		60,81	59,07
Вязкость пара, мкПас	0,011		0,012		0,013
Вязкость жидкости, мПас	0,66		0,41		0,32

Таблица 4 - Теплофизические свойства толуола

Свойство	Температура,0С
	40	65,4	71,5	73,3	89,6	98,8
Удельная теплоемкость, кДж/кгК	2,60	2,72	2,77	2,77	2,85	2,93
Давление насыщенного пара, мм.рт.ст.			800		1600
Удельная теплота парообразования, кДж/кг		1097,3
Плотность жидкости, кг/м3	745	750,6	744,4	742,5	725,4	715,3
Поверхностное натяжение, дин/см	20,0		14,6
Вязкость пара, мкПас			0,007		0,009
Вязкость жидкости, мПас	0,47		0,31		0,25

Тепловой поток, отводимый водой в дефлегматоре, рассчитывается по уравнению:

, (1.25)

при этом средние значения удельной теплоты испарения r_D и удельной теплоемкости с_D находятся по правилу аддитивности:

кДж/кг;(1.26)

кДж/кг; (1.27)

кВт
Энтальпия сырья i_Fдистиллята i_D, кубовой жидкости i определяются по правилу аддитивности при соответствующей температуре:

кДж/кг ; (1.28)

кДж/кг; (1.29)

кДж/кг. (1.30)
С учетом тепловых потерь, принятых равными 5% от полезно используемого расхода теплоты, тепловой поток в кипятильнике, исходя из уравнения теплового баланса, составит:

; (1.31)

кВт

В качестве теплоносителя в кипятильнике колонны принимаем насыщенный водяной пар с абсолютным давлением 0,196 МПа (2 атм) и степенью сухости =95%. Такой пар имеет температуру 119,6⁰С, энтальпию I =2710 кДж/кг; энтальпия конденсата I =502,4 кДж/кг. Расход водяного пара G_Т в кипятильнике колонны согласно уравнению (35) составит:

кг/c (1.32)

Принимаем, что вода в дефлегматоре нагревается от t = 10 ⁰С до t_к = 23 ⁰C. Тогда расход воды в дефлегматоре:

кг/с ≈0,064 м³/с ≈ 230,4 м³/ч (1.33)

Массовый расход холодного испаряющегося орошения :

, (1.34)

где I - энтальпия пара, поступающего в дефлегматор при температуре t_D; i -энтальпия флегмы при температуре t_Х.

Энтальпии определяем по правилу аддитивности:
кДж/кг; (1.35)

кДж/кг; (1.36)

кг/ч

Массовый расход горячего орошения , стекающего с 1-ой тарелки верхней части колонны(4):

(1.37) кг/ч

Проверка: _n

7410,9 ≈ 7452,1
1.6 Диаметр колонны
Средние температуры пара определим по диаграмме t–x,y (см. рис. 3.20):

1 способ:

при y_ср.В=0.790→t_ср.В.=89⁰С

при y_ср.Н=0.336→t_ср.Н.=103⁰С

Определим среднюю температуру в колонне при t_ср.В.=89⁰С, t_ср.Н.=103⁰С:


2 способ:

при x_D=0.97→t_D=83⁰С

при x_W=0.03→t_W=109⁰С

при x_F=0.44→t_F=90⁰С

Далее рассчитаем средние температуры в верхней и нижней частях колонны:





Определим среднюю температуру в колонне при t_D=83⁰С; t_W=109⁰С; t_F=90⁰С



Средние плотности пара находим по формулам (2.42, 2.43):

а) в верхней части колонны при t_ср.В.=89⁰С:



б) в нижней части колонны при t_ср.Н.=103⁰С:



Среднюю плотность пара в колонне определим по уравнению (2.44):



Рассчитаем среднюю плотность жидкости (смеси) в колонне:

1 способ

Сначала определим плотность жидкого бензола при t_D=83⁰С и жидкого толуола при t_W=109⁰С интерполяцией с использованием справочной информации по плотности веществ [11]:

• 
  Плотность жидкого бензола при t_D=83⁰С:
  

При t=80⁰С→ρ_Б=815 кг/м³; при t=100⁰С→ρ_Б=793 кг/м³

• 
  Плотность жидкого толуола при t_W=109⁰С:
  

При t=100⁰С→ρ_T=788 кг/м³; при t=120⁰С→ρ_T=766 кг/м³



Затем рассчитаем среднюю плотность жидкости (смеси) в колонне по формуле (2.45):


2 способ

Сначала определим плотность жидкого бензола и толуола при t_{ср в}=89⁰С и при t_{ср н}=103⁰С интерполяцией с использованием справочной информации по плотности веществ [11]:

• 
  Плотность жидкого бензола при t_{ср в}=89⁰С:
  

При t=80⁰С→ρ_Б=815 кг/м³; при t=100⁰С→ρ_Б=793 кг/м³

• 
  Плотность жидкого толуола при t_{ср в}=89⁰С:
  

При t=80⁰С→ρ_Т=808 кг/м³; при t=100⁰С→ρ_Т=788 кг/м³

• 
  Плотность жидкого бензола при t_{ср н}=103⁰С:
  

При t=100⁰С→ρ_б=793 кг/м³; при t=120⁰С→ρ_б=769 кг/м³

• 
  Плотность жидкого толуола при t_{ср н}=103⁰С:
  

При t=100⁰С→ρ_T=788 кг/м³; при t=120⁰С→ρ_T=766 кг/м³



Затем рассчитаем среднюю плотность жидкости в верхней и нижней частях колонны по формуле (2.46, 2.47):

а) в верхней части колонны при t_ср.В.=89⁰С:



б) в нижней части колонны при t_{ср н}=103⁰С:



Затем рассчитаем среднюю плотность жидкости в колонне:



Определим скорость пара в верхней и нижней частях колонны по формулам (2.54, 2.55), принимая расстояние между тарелками h=300 мм. Для ситчатых тарелок находим по графику С–h коэффициент С=0.032 (см. рис. 2.19):

а) в верхней части колонны:



б) в нижней части колонны:



Диаметр колонны определим по уравнениям (2.56, 2.57):

а) в верхней части колонны (G_В=3.53 кг/с; ω_B=0.55 м/с; ρ_y,B=2.73 кг/м³):



б) в нижней части колонны (G_Н=3.80 кг/с; ω_Н=0.54 м/с; ρ_y,Н=2.83 кг/м³):



Рассчитаем скорость пара в колонне при стандартном диаметре D =1800 мм по формулам (2.58, 2.59):

а) в верхней части колонны:


б) в нижней части колонны:



Рассчитаем среднюю скорость пара по формуле (2.60):