Спроектировать рентификационную установку для разделения смеси ацетон-вода

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА РЕКТИФИКАЦИИ
2 УСТРОЙСТВО РЕКТИФИКАЦИОННЫХ АППАРАТОВ
3 ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ УСТАНОВКИ
4 РАСЧЕТ ТАРЕЛЬЧАТОЙ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЫ
4.1 Определение производительности по дистилляту и кубовому остатку
4.2 Определение молярных концентраций исходной смеси, дистиллята и кубового остатка
4.3 Определение минимального флегмового числа
4.4 Определение оптимального флегмового числа
4.5 Определение потоков пара и жидкости по колонне
4.6 Определение диаметра колонны и основных характеристик контактного устройства
4.7 Выбор типа и гидравлический расчет контактного устройства
4.8 Определение кинетических коэффициентов
4.9 Построение кинетической кривой и определение числа тарелок
4.10 Определение гидравлического сопротивления колонны
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Спроектировать рентификационную установку для разделения смеси ацетон-вода

14,83
11,26
0,5
13,17
12,24
11,28
10,88
8,99
0,6
10,98
10,43
9,98
9,56
8,25
0,7
10,93
10,51
10,16
9,84
8,75
0,8
13,86
13,51
13,21
12,92
11,9
0,944
24,81
24,81
24,81
24,81
24,81
По величинам в табл.2 для каждого значения R методом графического интегрирования находим число единиц переноса.
Результаты интегрирования сводим в табл.3.
Таблица 3
R
1,5
1,7
2,0
2,5
3,0
R+1
2,8
2,9
3,1
3,3
3,6
mх
50,24
27,69
21,95
20,26
18,64
mх×(R+1)
140,67
80,3
68,05
66,86
67,01
Находим минимум m, которому соответствует оптимальное рабочее флегмовое число Ronm=1,5.
4.5 Определение потоков пара и жидкости по колонне
Определяем количество поднимающихся паров:
Определяем количество стекающей жидкости в укрепляющей колонне, т.е. количество флегмы (Ф):
Определяем количество стекающей жидкости в исчерпывающей колонне (L):
.
По рабочей линии (АВС) определяем состав пара в (·) В, соответствующей составу исходной смеси. Графически определяем (·) В=0,42.
Находим средний молярный состав пара:
В верхней части колонны:
В нижней части колонны:
Определяем средний молярный состав пара в колонне: .
По диаграмме t-х-у (рис.2) диаграмме определяем температуру пара при Yср: Т=80,0 °С.
Определяем среднюю плотность пара при этих условиях и абсолютном давлении (1 атм.). Используя уравнение состояния, имеем:
Р=0,98 (бар).
,
.
,
.
где М – средняя молекулярная масса пара, имеющего концентрацию Yср;
R – универсальная газовая постоянная.
Рис.2 Диаграмма t-x-y
Определяем объемный расход пара:
Определяем молярный расход жидкости по колонне:
в верхней части:
в нижней части: .
Определяем плотность жидкости в верхней части колонны при среднем содержании метанола:
Находим по формуле:
По литературным источникам2 находим, что для метанола .
Определяем плотность жидкости в нижней части колонны при средyем содержании метанола:
Определяем среднюю плотность жидкости в колонне:
Определяем объемный расход жидкости в:
в верхней части колонны:
в нижней части колонны:
4.6 Определение диаметра колонны и основных характеристик контактного устройства
Тарелка ректификационной колонны представляет собой устройство, обеспечивающее контакт жидкости и пара. В современных ректификационных аппаратах используются тарелки различных конструкций, однако наибольшее распространение получили колпачковые и ситчатые тарелки с организованным переливом жидкости. Конструкции их регламентированы в отраслевых и государственных стандартах.
Конструирование контактного устройства должно проводиться параллельно с кинетическим расчетом, так как расчет кинетических коэффициентов связан с конкретным типом контактного устройства.
Важнейшей конструктивной характеристикой ректификационной колонны является расстояние между тарелками, которое существенно влияет на производительность единицы объема аппарата. С уменьшением расстояния между тарелками увеличивается производительность единицы объема колонны. Поэтому всегда необходимо стремиться к возможно меньшему значению этой величины.
Как правило, расстояние между тарелками определяют не только из условия получения минимального объема колонны, но и из чисто технических соображений (установка люков, возможность работы со вспенивающимися жидкостями, технология изготовления колоны и возможность установки в ней тарелок).
Оцениваем диаметр колонны () при .
,
где - скорость пара в свободном сечении колонны.
По литературным данным3 принимаем, что Нмт=400(мм).
Определяем предельную скорость пара:
Принимаем рабочую скорость
,
благодаря чему обеспечивается равномерный режим работы тарелок.
Пересчитываем () в соответствии с рассчитанной скоростью пара:
Принимаем
Определяем площадь сечения колонны:
.
4.7 Выбор типа и гидравлический расчет контактного устройства
Гидравлическое сопротивление ректификационного тарельчатого аппарата и, как его элемента, отдельной тарелки является важным показателем работы, определяющим минимальное расстояние между тарелками и работу переливного устройства.
Контактное устройство по заданию – ситчатая тарелка. Согласно рекомендациям4 выбираем диаметр отверстия . Отверстия будем располагать по вершинам равностороннего треугольника с шагом .
Свободное сечение отверстий ситчатой тарелки принимаем равным 10% от свободного сечения аппарата.
Общее гидравлическое сопротивление тарелки определяется по формуле:
,
где: Pсух – сопротивление сухой тарелки, (Па);
Р - сопротивление, вызванное силами поверхностного натяжения, (Па);
Рст – статическое сопротивление слоя жидкости на тарелке, (Па);
Гидравлическое сопротивление сухой тарелки определяем как:
,
где:  - коэффициент сопротивления, для ситчатой тарелки принимается 1,82;
- скорость пара в отверстиях ситчатой тарелки.
у – средняя плотность пара в колонне.
Гидравлическое сопротивление, вызываемое силами поверхностного натяжения, находим по уравнению:
,
где:  - поверхностное натяжение,
dэ – диаметр отверстия.
Статическое давление слоя жидкости определяется из уравнения:
hпер – высота переливного порога, 0,04 (м);
h – величина превышения уровня жидкости на тарелки, при расчете не учмиывали;
К/ - относительная плотность парожидкостного слоя на тарелки;
- плотность жидкости на тарелке.
Следовательно, общее гидравлическое сопротивление тарелки:
,
.
Проверяем выбранное расстояние между тарелками. Минимальное расстояние между ними должно быть равным:
Выбранное расстояние между тарелками H = 1500 (мм) подходит.
4.8 Определение кинетических коэффициентов
Коэффициент массоотдачи в паровой фазе рассчитывается по уравнению:

где - коэффициент массоотдачи;
G – расход пара;
- рабочая площадь тарелки, принимаем, что площадь поперечного сечения колонны, занимаемая сливным и приемным карманами, составляет 15 %.
Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе рассчитывается по уравнению:
,
где - известное из опытов значение коэффициента массоотдачи;
- коэффициент диффузии в жидкой фазе для условий опыта;
- коэффициент диффузии в жидкой фазе для рассчитываемой разделяемой смеси.
Общий коэффициент массопередачи рассчитывается как:
,
где m– тангенс угла наклона касательной к линии равновесия.
Так как величина m является переменной по высоте колонны, находим ее значения для различных концентраций, используя диаграмму Y–X. В пределах от Xw до Xp выбираем ряд значений X. Для каждого значения X определяем по диаграмме величины (Y*–Yн) и (X–X*) как разность между равновесной и рабочей линиями, а затем по этим значениям находим m. Результаты расчетов сводим в таблицу, (табл.4).
Таблица 4
X
X – X*
Y* – Yн
m
0,00031
0,0066
0,01436
2,176
0,033
0,0291
0,05874
2,019
0,1
0,0457
0,07197
1,575
0,2
0,0426
0,0574
1,347
0,3
0,0392
0,0415
1,059
0,4
0,0725
0,0658
0,908
0,5
0,0964
0,0749
0,777
0,6
0,1085
0,0716
0,660
0,7
0,1046
0,0582
0,556
0,8
0,0789
0,0366
0,464
0,944
0,0403