Смазочные материалы (стр. 4 из 7)
где F — площадь рассчитываемого сечения аппарата, м2.
(8)где Vсм - объем смеси, м3/ч; ω - скорость движения потоков, м3/(м2∙ч).
Принимаем скорость движения потоков ω = 20 м3/(м2∙ч).
Объем смеси найдем по формуле:
Vсм = Vр.р + Vэ.р, м3/ч (9)
где Vр.р - объем рафинатного раствора, м3/ч; Vэ.р - объем экстрактного раствора, м3/ч.
Объемы растворов при соответствующих температурах найдем по формулам:
где Gэ.р, ρэ.р - количество и плотность экстрактного раствора при температуре 85°С; Gр.р, ρр.р - количество и плотность рафинатного раствора при температуре 95°С.
Плотность веществ, при соответствующих температурах находим по формуле:
(12)Результаты расчетов сведены в таблице 1.7.3.3.
Площадь поперечного сечения составит:
Тогда диаметр экстракционной колонны:
Выбираем значение диаметра по стандартному ряду:
DК = 3,0 м.
Рабочая высота экстракционной колонны:
Нр=h1+h2+ h3+h4+h5, м (1.16)
где h1 - высота верхнего днища до первой тарелки, м;
h2 - высота отстойной зоны рафинатного раствора, м;
h3 - высота экстракционной зоны, м.
h4 - высота отстойной зоны экстрактного раствора, м.
h5 - высота опорной части колонны, м.
Расчет ректификационной колонны
Расчет испарительной секции колонны
Материальный баланс испарительной секции ректификационной колонны К-3 представлен в таблице 5
Таблица 5 - Материальный баланс испарительной секции
| Наименование потока | G, кг/ч | % масс от смеси |
| Приход: | ||
| Рафинатный раствор | 43940,0 | 100 |
| а) рафинат | 37367,2 | 85 |
| б) N-MП | 6572,9 | 15 |
| Итого: | 43940,0 | 100 |
| Расход: | ||
| 1. Жидкая фаза | 37806,6 | 86 |
| а) рафинат | 37367,2 | 85 |
| б) N-MП | 439,4 | 1 |
| 2. Паровая фаза | 6133,5 | 14 |
| N-MП | 6133,5 | 14 |
| Итого: | 43940,0 | 100 |
Давление в колонне поддерживается на уровне 0,13 - 0,16 МПа [11]
Принимаем давление P = 0,15 МПа.
Тверха = 210 0С;
Тввода раф р-ра = 295 0С;
Тниза = 260 0С
Для предотвращения уноса рафината с парами растворителя и более четкого отделения N-метилпирролидона от рафината испарительная секция оборудована клапанными тарелками – 6-7 штук [11]. Принимаем 7 тарелок.
Составляем тепловой баланс колонны с целью определения количества растворителя, поступающего на орошение.
1. Определяем тепловую нагрузку прихода:
(13) 
(14)Энтальпию рафината находим по формуле Крэга:
кДж/кг 
кДж/ч 
кДж/чЭнтальпию N-метилпирролидона берем из справочника [5]
Тогда:
кДж/ч.2. Определяем тепловую нагрузку расхода:
(15)В паровой фазе :
кДж/ч (16)энтальпию N-метилпирролидона берем из справочника [5]
В жидкой фазе:
(17) 
(18) 
кДж/кг 
кДж/ч 
кДж/ч 
кДж/чТогда:
кДж/ч3. Найдем тепло орошения по формуле:
кДж/ч (19)4. Количество орошения:
кг/ч (20)Все данные по тепловому балансу заносим в таблицу 5.
Определим основные размеры испарительной секции колонны.
5. Определение диаметра испарительной секции.
Рассчитаем количество паров, проходящих через наиболее нагруженное сечении колонны ( сечение над верхней тарелкой) [8]:
Таблица 6 - Тепловой баланс испарительной секции
| Наименование потоков | G, кг/ч | Т, 0С | q, кДж/кг | Q, кДж/ч·106 |
| Приход: | ||||
| Рафинатный раствор | 43940,0 | 295 | ||
| а) рафинат | 37367,2 | 295 | 680,2 | 25,42 |
| б) N-МП | 6572,9 | 295 | 747,6 | 4,91 |
| Итого: | 43940,0 | 30,33 | ||
| Расход: | ||||
| 1. Жидкая фаза | 37806,6 | 260 | 22,30 | |
| а) рафинат | 37367,2 | 260 | 589,2 | 22,02 |
| б) N-МП | 439,4 | 260 | 635,0 | 0,28 |
| 2.Паровая фаза | 6133,5 | 210 | ||
| N-МП | 6133,5 | 210 | 993,0 | 6,09 |
| Итого: | 43940,0 | 28,39 | ||
| Острое орошение | ||||
| N-МП | 4419,8 | 180 | 440,0 | 1,94 |
,где (21)t – температура, 0С;
Р – давление, МПа;
G – расход компонента, кг/ч;
M – молекулярная масса компонента.
Молекулярную массу рафинатного раствора находим по правилу аддитивности:
(22)Тогда:
м3/с.Определим допустимую линейную скорость паров [8]:
, (23)К – коэффициент, зависящий от расстояния между тарелками и условий ректификации;
и 
- абсолютная плотность паров и жидкости соответственно.Коэффициент К определяется в зависимости от расстояния между тарелками, типа тарелки и некоторых условий работы колонны. Согласно литературным данным [8], чаще всего расстояние между тарелками лежит в пределах 0,5 – 0,7 м.
Принимаем а = 0,6 м.
Коэффициент К определяем по графику зависимости Кота [8]:
К = 800
Определим плотность жидкости [9]:
(24) 
- поправка на изменение плотности при изменении температуры на один градус [9].Определим плотность паров:
кг/м3 (25)Тогда по (1.28):
м/с.Диаметр испарительной секции колонны находим по формуле:
м. (26)Из стандартного ряда принимаем диаметр D = 3,2 м.
6. Определим рабочую высоту испарительной секции колонны:
,где (27)h1 – высота от верхнего днища до первой ректификационной тарелки;
h2 – высота эвапарационной зоны;
h3 – высота слоя жидкости внизу секции.
м. (28) 
м,где (29)n – число тарелок;
ht – расстояние между тарелками.
Высоту h3 принимаем равной 2 м [8].
Тогда: Hисп = 1,6+3,6+2 = 7,2 м.
Расчет отпарной секции колонны
Таблица 7 - Материальный баланс отпарной секции
| Наименование потока | G, кг/ч | % масс от смеси | % масс |
| Приход: | |||
| 1.Рафинатный раствор | 37806,6 | 100,0 | 97,1 |
| а) рафинат | 37367,2 | 98,8 | 96,0 |
| б) N-MП | 439,4 | 1,2 | 1,1 |
| 2. Водяной пар | 1134,2 | 3,0 | 2,9 |
| Итого: | 38940,7 | 103,0 | 100,0 |
| Расход: | |||
| 1. Жидкая фаза | 37367,2 | 96,0 | |
| а) рафинат | 37367,2 | 98,8 | 96,0 |
| 2. Паровая фаза | 1573,6 | 4,0 | |
| а) N-MП | 439,4 | 1,2 | 1,1 |
| б) водяной пар | 1134,2 | 3,0 | 2,9 |
| Итого: | 38940,7 | 103,0 | 100,0 |
Тепловой баланс отпарной секции составляем с целью определения количества растворителя, подаваемого на орошение.
Температуру входа рафинатного раствора принимаем на 5-10 0С ниже температуры выхода рафинатного раствора из испарительной секции.
Принимаем Твхода = 255 0С
Определим температуру низа колонны по формуле: