Ректификация формалина-сырца (стр. 12 из 18)

в дефлегматоре по формуле:

(2.34)

где,

Cpв – теплоемкость воды, 4190 Дж/кг*К.

в холодильнике дистиллята

(2.35)

в холодильнике кубового остатка

(2.36)

Общий расход воды равен:

2.3 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

1. Определение объемов пара и жидкости, проходящих через колонну

Сначала определим мольные массы жидкостей и паров, средние мольные и массовые концентрации жидкостей и паров в колонне.

Средний мольный состав жидкости:

в верхней части колонны определяется

(2.37)

где, xf, xp – мольный состав исходной смеси и дистиллята.

в нижней части колонны по формуле:

(2.38)

где, xw, xf – мольный состав кубового остатка и исходной смеси.

Средний массовый состав жидкости:

в верхней части колонны по формуле:

(2.39)

где,

- массовый состав исходной смеси и дистиллята.

в нижней части колонны

(2.40)

где,

- массовый состав исходной смеси и кубового остатка.

Средняя мольная масса жидкости:

в верхней части колонны

(2.41)

в нижней части колонны

(2.42)

Мольная масса:

дистиллята по формуле:

(2.43)

исходной смеси:

(2.44)

кубового остатка

(2.45)

Средний мольный состав паров:

в верхней части колонны

(2.46)

в нижней части колонны

(2.47)

Средняя мольная масса паров:

в верхней части колонны

(2.48)

в нижней части колонны

(2.49)

Средняя плотность жидкости:

в верхней части колонны

(2.50)

где,

- плотность метанола и формальдегида, кг/м3.

Плотности НК и ВК компонентов выбирают при средней температуре tср в нижней и верхней частях колонны:

(2.51)

Определяем плотность метанола по tср по данным взятым из справочника [4, стр. 68 ].

При температуре 60°С плотность равна 756 кг/м3, а при температуре 80°С – 736 кг/м3. Находим при температуре 70,9°С:

(756 – 736)/20*10,9 = 10,9;

756 – 10,9 = 745,1 кг/м3.

А при температуре 87,6°С:

(736 – 714)/20*7,6 = 8,36;

736 – 8,36 = 727,6 кг/м3.

Плотность формальдегида берем из справ.[4, стр. 57]: при температуре 70,9°С плотность равна 0,263 кг/м3, а при температуре 87,6°С – 0,131 кг/м3.

в нижней части колонны

(2.52)

Средняя плотность пара по формуле:

в верхней части колонны

(2.53)

в нижней части колонны

(2.54)

Массовый расход жидкости:

в верхней части колонны

(2.54)

где, Р – производительность по дистилляту, кг/с;

R – флегмовое число.

в нижней части колонны

(2.55)

где, F – производительность по исходной смеси, кг/с;

Мp, Mf – мольная масса дистиллята и исходной смеси, кг/кмоль.

Массовый поток пара:

в верхней части колонны

(2.56)

в нижней части колонны

(2.57)

2. Расчет скорости пара и диаметра колонны

Допустимую скорость паров в колонне с колпачковыми тарелками находится по формуле:

(2.58)

где,

- допустимая скорость паров, м/с;

dk – диаметр колпачка, м (выбираем из справ. [2, стр. 34 ] 80 мм = 0,08 м);

Ht – расстояние между тарелками, м (выбираем из справ. [2, стр. 25 ] 0,37 м);

- средняя плотность жидкости пара в верху и внизу колонны, кг/м3.

Для верхней и нижней части колонны предельная скорость паров в колонне определяется по формуле:

В соответствии с рекомендациями рабочую скорость паров в колонне определяем по формуле:

(2.59)

Рабочую скорость паров в верхней и нижней части колонны соответственно равна:

Диаметр колонны определяется по формуле:

(2.60)

где, G – массовый поток пара в верхней и нижней части колонны, кг/с;

- рабочая скорость паров в верхней и нижней части колонны, м/с;

- средняя плотность пара в верхней и нижней части колонны, кг/м3.

Ориентировочный диаметр верхней и нижней части колонны:

Тогда

Принимая ректификационную колонну с диаметром в верхней и нижней части, равным 1000 м. При этом действительная рабочая скорость пара при средней скорости паров

будет равна:

(2.61)

По ОСТ 26 – 808 – 73 для колонны с диаметром 1000 м выбираем колпачковую тарелку, снабженную капсульными колпачками типа ТСК – Р со следующими конструктивными размерами: площадь поперечного сечения 0,78 м2; число колпачков 43 шт; шаг колпачков 110 мм; расстояние между тарелками 300 мм; площадь поперечного сечения паровых патрубков 0,088 м2; диаметр колпачка 80 мм; высота прорези 20 – 30 мм; длина линии барботажа 10,8 м; периметр слива Lc – 0,665 м ;сечение перелива 0,064 м2; свободные сечения тарелки 0,09 м2; относительная площадь прохода пара 11,5%; масса 57,8 кг [ ].