Расчет ректификационной установки 2 (стр. 2 из 5)

кг/кмоль

Мольная масса исходной смеси:

кг/кмоль Изм Лист № докум Подп Дата лист 4

Подставим рассчитанные величины в выражения для средних массовых расходов, получим:

кг/с

Средние массовые потоки пара в верхней G_В и нижней G_Н частях колонны:

(1.7)

где М¢_В и М¢_Н - средние мольные массы паров в верхней и нижней частях колонны.

М¢_В= М_в∙y_{ср в}+М_ук∙(1- y_{ср в}) (1.8)

М¢_Н= М_в∙y_{ср н}+М_ук∙(1- y_{ср н}),

где

Тогда

М¢_В= 18∙0,7872+64∙(1-0,7872) =27,79 кг/кмоль

М¢_Н = 18∙0,3375+64∙(1-0,3375) = 48,475 кг/кмоль

Подставив численные значения, получим:

кг/c

кг/c Изм Лист № докум Подп Дата лист 5

1.2. Скорость пара и диаметр колонны.

Для ректификационных колон, работающих в плёночном режиме при атмосферном

давлении, рабочую скорость можно принять на 20-30% ниже скорости захлебывания.

Придельную фиктивную скорость пара, при которой происходит захлёбывание колонны находим по формуле:

(1.9)

Найдем плотности жидкости и пара в верхней и нижней частях колонны при средних температурах в них, которые определим по диаграмме t-x,y: t_в = 102,2°C t_н = 117,1°C

Тогда

кг/м³ (1.10)

кг/м³

Плотности воды и жидкой уксусной кислоты при температуре смеси близки:

r_в = r_ук = 945,6 кг/м³

Плотность физических смесей жидкости подчиняется закону аддитивности:

кг/м³

Вязкости:

lgm_x = x_cplgm_в + (1-x_cp)lgm_ук(1.11)

lgm_xв = x_cp.вlgm_в + (1-x_cp.в)lgm_ук = 0,2332∙lg0,2775+(1-0,2332)lg0,448 = -0,397 =>

m_xв = 0,4 мПа·с

lgm_xн = x_cp.нlgm_в + (1-x_cp.н)lgm_ук = 0,2835∙lg0,2395+(1-0,2835)lg0,383 = -0,474 =>

m_xн = 0,335 мПа·с

Для выбранной насадки, т.е. колец Рашига

мм:

Удельная поверхность а = 87,5 м²/м³

Свободный объём e = 0,785 м³/м³

Насыпная плотность 530 кг/м³

Предельная скорость паров:

w_пв = 3,53 м/с

Аналогично:

Изм Лист № докум Подп Дата лист 6

w_пн = 2,61 м/с

Принемаем рабочую скорость на 30% ниже предельной:

w_в = 2,47 м/с

w_н = 1,827 м/с

Ориентировочный диаметр колонны определяют из уравнения расхода:

(1.12)

Как правило, несмотря на разницу в рассчитанных диаметрах укрепляющей и исчерпывающей частей колонны (вследствие различия скоростей и расходов паров), изготовляют колонну единого диаметра, равного большему из рассчитанных.

Выберем стандартный диметр обечайки колонны из таблицы стандартных диаметров:

d_ст=1,8 м

При этом рабочая скорость пара:

Изм Лист № докум Подп Дата лист 7

1.3. Расчет высоты насадки

(1.13)

(1.14)

Решение графическое:

y	y*-y	1/y*-y
0,067	0,055	18,2
0,109	0,058	17,24
0,232	0,071	14,08
0,355	0,07	14,28
0,482	0,048	20,83
0,605	0,021	45,45
0,682	0,034	29,41
0,76	0,035	28,57
0,838	0,026	38,46
0,913	0,017	58,82
0,99	0,01	100

m - средний коэффициент распределения в условиях равновесия

m_cp.в = 1,35

m_cp.н = 1,6

По графику находим общее число единиц переноса в верхней n_oy_в и нижней n_oy_н частях колонны:

- для верхней части колонны (1.16)

- для нижней части колонны

Общую высоту единиц переноса найдем по уравнению аддитивности:

(1.17)

Отношение нагрузок по пару и жидкости:

для верха

для низа

где

(1.18)

Рассчитаем вязкость паров в верхней и нижней части колонны:

(1.19) Изм Лист № докум Подп Дата лист 8

где µ_yв и µ_yук – вязкость паров воды и уксусной кислоты при средней температуре верхней части колонны, мПа·с; y_в – средняя концентрация паров,

тогда получим:

– верх колонны

Аналогично для нижней части колонны:

– низ колонны

Рассчитаем коэффициент диффузии в жидкости для верхней части колонны при 20°С

(1.20)

где А, В- коэффициенты, зависящие от свойств растворенного вещества и растворителя, υ_в, υ_ук – мольные объемы компонентов в жидком состоянии при температуре кипения, см³/моль, m_х- вязкость жидкости при 20°С, мПа∙с.

Тогда коэффициент диффузии в жидкости для верхней части колонны при 20 ⁰С равен:

Для нижней части колонны:

Рассчитаем температурный коэффициент.

(1.21)

где m_х и r_х принимают при температуре 20 ⁰С.

Изм Лист № докум Подп Дата лист 9

r_в= 998 кг/м³r_ук= 1048 кг/м³

Тогда для верхней части колонны:

Для нижней части колонны:

Рассчитаем коэффициент диффузии в жидкости при средней температуре.

D_x= D_x₂₀∙[1+b·(t-20)] (1.22)

Для верхней части колонны:

D_{х в}=0,98∙10^-9∙ [1+0,02∙ (102,2-20)]= 2,59∙10^-9 м²/с

Для нижней части колонны:

D_{х н}=0,88∙10^-9∙ [1+0,024∙ (117,1-20)]= 2,93∙10^-9 м²/с

Рассчитаем коэффициент диффузии в паровой фазе.

(1.23)

где T - средняя температура в соответствующей части колонны, К; P - абсолютное давление в колонне, Па.