Расчет ректификационной колонны

Расчет ректификационной колонны ...

1. Материальный баланс.
Из уравнений материального баланса
Gd + Gw = 18000 кг/ч
0,9Gd + 0,014Gw = 18000×0,2 кг/ч
Откуда Gd = 3780 кг/ч; Gw = 14220 кг/ч.

Расчет ректификационной колонны

С учетом этого сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения равноΔpσ=4σ'δ=4×240,005×1000=19,20 ПаСредняя молярная масса жидкостиMср'=46,08×0,434+18,021-0,434=30,2 кг/кмольОбъемный расход жидкостиVж'=GdRMср'Mdρж=3780×1,63×30,239,9×3600×862=0,001503м3сВысота парожидкостного слоя над сливной перегородкой:∆h=Vж'1,85×0,5×П23=0,0015031,85×0,5×0,88423=0,01697 мВысота парожидкостного слоя на тарелке:hпж=h+∆h=0,015+0,01697=0,0320 мСопротивление парожидкостного слоя:∆pпж=1,3×0,5×ρжghпж=1,3×0,5×862×9,81×0,0320=175,9 ПаОбщее гидравлическое сопротивление тарелки в верхней части колонны:∆p'=∆pтар+Δpσ+∆pпж=376+19,20+175,9=571 ПаБ) Нижняя часть колонны:Гидравлическое сопротивление сухой тарелки:∆pтар=1,82ρср''w22×ε2=1,82×0,609×1,88420,02=196,7 ПаПоверхностное натяжение жидкости σ’’ в нижней части колонны составляет около σ''=0,0473×15,5×10-3+1-0,047358,9×10-3=56,8×10-3 Н/мС учетом этого сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения равноΔpσ=4σ''δ=4×56,80,005×1000=45,4 ПаСредняя молярная масса жидкостиMср''=46,08×0,0473+18,021-0,0473=18,35 кг/кмольМолярная масса питающей смеси:Mf=46,08×0,0890+18,02×1-0,890=20,5 кг/кмольОбъемный расход жидкостиVж''=GdRMd+GfMfMср''ρж=3780×1,6339,9+1800020,530,23600×862=0,00611м3сВысота парожидкостного слоя над сливной перегородкой:∆h=Vж'1,85×0,5×П23=0,006111,85×0,5×0,88423=0,0382 мВысота парожидкостного слоя на тарелке:hпж=h+∆h=0,015+0,0382=0,0532 мСопротивление парожидкостного слоя:∆pпж=1,3×0,5×ρжghпж=1,3×0,5×862×9,81×0,0532=292 ПаОбщее гидравлическое сопротивление тарелки в верхней части колонны:∆p''=∆pтар+Δpσ+∆pпж=196,7+45,4+292=535 ПаОчевидно, что Δp’ > Δp’’. Т.е. условие отсутствия пробоя переточного устройства восходящим потоком пара проверяем для верхней части колонны:hт=0,4 м >1,8∆p'ρжg=1,8571862×9,81=0,1215 мУсловие соблюдается, т.е. выброса вверх столба жидкости в переливном устройстве под действием перепада давления наблюдаться не должно.Проверим равномерность работы тарелок, для чего рассчитаем минимальную скорость пара в отверстиях womin, достаточную для того, чтобы ситчатая тарелка работала всеми отверстиями:wmino=0,67ρжhпжg1,82ρср,=0,67862×9,81×0,03201,82×1,164=7,57мс>7,5 м/сТ.е. тарелки будут работать недостаточно равномерно, возможно не всеми отверстиями.Определение числа тарелок и высоты колонны.Нанесем на диаграмму ху рабочие линии верхней и нижней частей колонны (рис.3,4) и графически определим число ступеней.Рис.3В верхней части колонны n’ = 9, в нижней – n’’ = 4. Всего n = 9 + 4 = 13.Рис.4Для расчета действительного количества тарелок определим КПД тарелки η. С этой целью определим относительную летучесть компонентов смеси α и динамическую вязкость исходной смеси при средней температуре в колонне tср = (82,0 + 99,4)/2 = 90,70С.При этой температуре давление насыщенного пара этанола составляет приблизительно 1252 мм рт.ст. [1, с.508], а давление насыщенного пара воды – 546 мм рт.ст. [3, c.724]. Относительная летучесть спирта (по отношению к воде) равна:α=1252546=2,29Динамическая вязкость воды при 900С составляет 0,3 мПа*с, а динамическая вязкость спирта – 0,37 мПа*с [1, c.525]. Среднее значение вязкости μ = (0,3 + 0,37)/2 = 0,335 мПа*с. Произведение средней вязкости и относительной летучести составляет:αμ=2,29×0,335=0,768По графику [1, c.332] находим соответствующее значение КПД η = 0,7. Длина пути, проходимого жидкостью на тарелке [2, c.361]:l=D-2b=1,2-0,3π1,224×0,884=1,2-0,384=0,816 мПри таком значении длины пути поправка к КПД не требуется. Для сравнения рассчитаем КПД по критериальной формуле [1, c.