Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Project

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

13.02.2015

Размер:

424.96 Кб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 12 / 42 3 4 > Следующая >>>

p x b = 0:2 p :

3 x

последнюю вычисляют, исходя из допустимого брызгоуноса е с тарелки, принимаемого равным или менее 0.1 кг жидкости на 1 кг газа, для запаса ограничим брызгоунос значением 0.01. Для расчёта клапанных тарелок используется формула:

	8:5 10 5 0:0565		x!		1:1	!2:15

e =							:		(3.59)

	h2:5
	h2:5
	сепарационного пространства
ТРОЛОЛО Для верха колонны:
8:5 10 5 0:0565		19:1		1:1		1:2812:15
8:5 10 5 0:0565		19:1		!		1:2812:15
		751:6
e =								;	(3.60)
e =								;	(3.60)
	h2:5
	сепарационного пространства
откуда hсепарационного пространства = 0:293 м.
ТРОЛОЛО Для низа колонны:
8:5 10 5 0:0565				1:1		1:2172:15
8:5 10 5 0:0565		21:26!				1:2172:15
		814:1
e =								;	(3.61)
e =								;	(3.61)
	h2:5
	сепарационного пространства

откуда hсепарационного пространства = 0:280 м.

При таком раскладе наибольшая сумма hсепарационного пространства + hпены =

= 0:111 + 0:293 = 0:404 м. Смотря на ряд стандартных расстояний (ССЫЛКУ СЮДА! стр. 209), выберем расстояние между тарелками в колонне равным 500 мм. (% или 450?)

3.6Расчёт коэффициентов массопередачи

%ТРОЛОЛО, для расчётов необходимы коэффициенты диффузии в жидкой Dx и

газовой Dy фазах.

Коэффициент диффузии в жидкости при средней температуре t равен:

Dx = Dx 20 [1 + b (t 20)];

(3.62)

Коэффициент диффузии в жидкости Dx 20 при 20 C можно вычислить по приближённой формуле

1 10 6

Dx 20 =

Mацетона

Mбензола

;

(3.63)

A B p

(p3

+ p3

uацетона

uбензола

где A и B коэффициенты, зависящие от свойств растворённого вещества и растворителя. Для бензола A = 1, а для ацетона B = 1:15 (ССЫЛКУ СЮДА! Романков, стр.289), uацетона и uбензола мольные объёмы компонентов в жидком состоянии при температуре кипения, см3=моль, x вязкость жидкости при 20 C, мПа с. Темературный коэффициент b определяют по формуле:

(3.64)

Коэффициент диффузии в газовой фазе может быть вычислен по уравнению:

10 2

4:22

T 3

Dy =

(3.65)

( 3

ацетона

бензола

ацетона

бензола

Для верхней части колонны

при 20 C, берём xср: верх:,

lg смеси = xацетона lg ацетона + xбензола lg бензола = 0:6816 lg 0:322 + 0:3184 lg 0:65;

(3.66)

откуда смеси = 0:403 10 3 Па с; тогда коэффициент диффузии равен:

Dx 20 =

(3.67)

58 +

78 = 2:930 10 9 м2=с:

1 1:15

0:403 (

74 +

111)

Плотность смеси

xацетона

xбензола

0:6142 0:3858

; ) смеси = 823 кг=м3;

(3.68)

смеси

ацетона

бензола

791

879

тогда

0:403

(3.69)

b = 0:2

= 0:0135:

823

Отсюда

Dx верх: = 2:930 10 9 [1 + 0:0135 (56:73 20)] = 4:383 10 9 м2=с:

(3.70)

Коэффициент диффузии в газовой фазе

Dy верх: =

4 22

74 + p3 111)2

= 5:532 10 6 м2=с:

(3.71)

58 + 78

(

10 2

(273 + 61:96)3

Для нижней части колонны

находим аналогично:

lg смеси = 0:1973 lg 0:322 + 0:8027 lg 0:65;

(3.72)

откуда смеси = 0:566 10 3 Па с; тогда коэффициент диффузии равен:

Dx 20 =

1 10 p3

= 2:472 10 9 м2=с:

(3.73)

58 + 78

1 1:15

0:566 (

74 +

111)

Плотность смеси

0:1545

0:8455

(3.74)

; ) смеси = 864 кг=м3;

тогда

смеси

791

879

0:566

(3.75)

b = 0:2

= 0:0158:

864

Отсюда

Dx низ: = 2:472 10 9 [1 + 0:0158 (79:64 20)] = 4:801 10 9 м2=с:

(3.76)

Коэффициент диффузии в газовой фазе

4 22 510 p3

= 5:884 10 6 м2=с:

(3.77)

Dy низ: =

74p

(273 + 76)3

(

111)

Коэффициенты массопередачи

Рассчитав коэффициенты молекулярной диффузии в жидкой Dx и газовой Dy фазах, вычислим теперь коэффициенты массоотдачи. Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе

x f = 6:24 105 Dx s

;

(3.78)

x + y

в газовой фазе

y f = 6:24 105 Fc Dy s

(3.79)

x + y

Вязкость паров определяется так:

y =

(3.80)

yср: Mацетона

yср:) Mбензола

y ацетона

y бензола

Т. к. в доступных источниках нет сведений о динамических коэффициентах вязкости паров ацетона, то рассчитаем их по уравнению Саттерленда:

y = y		T +	v	T		3	;
y = y			v	T	!		;
	T +		u	T	!
			u
			t

для ацетона константа Саттерленда = 541, а y ацетона = 0:0066 10 3 Па с.

Для верхней части колонны:

Вязкость паров ацетона

y ацетона = 0:0066

10 3

273 + 541

334:96

3 = 0:0083

10 3

Па

с;

334:96 + 541

273

вязкость паров смеси

y верх: =

63:09

= 8:36 10 6 Па с;

0:7455 58

0:7455) 78

0:0083 10 3

0:0085 10 3

коэффициент массоотдачи в жидкой фазе:

x f верх: = 6:24 105 p4:383 10 9 s

751:6

1:474

0:7875) 0:02275

:76

8:36 10 6

0:2371 10 3 + 8:36 10 6 = 0:0247 м=с;

коэффициент массоотдачи в газовой фазе:


y f верх: = 6:24 105 0:1323 p5:532 10 6 s			01:7875		0:02275
				:751
	s
		0:2371 10 3				+ 8:36 10 6 = 1:216 м=с:
	8:36					10 6

(3.81)

(3.82)

(3.83)

(3.84)

(3.85)

Для нижней части колонны:

Вязкость паров ацетона

349

+ 541

y ацетона = 0:0066

10 3

273!

= 0:0087

10 3 Па

с;

(3.86)

273

+ 541

349

вязкость паров смеси

y низ: =

72:78

= 8:62 10 6 Па с;

(3.87)

0:26098 58

(1 0:26098)

0:0087 10 3

0:0086 10 3

коэффициент массоотдачи в жидкой фазе:

x f низ: = 6:24 105 p4:801 10 9 s

814:1

1:47 (1

0:7679) 0:0258

8:568

(3.88)

0:315 10 3

+ 8:62 10 6 = 0:0320 м=с;

8:62

10 6

коэффициент массоотдачи в газовой фазе:

p 1:664

y f низ: = 6:24 105 0:1323 5:884 10 6 0:7679 0:0258

8:62 10 6

0:315 10 3 + 8:62 10 6 = 1:2413 м=с: (3.89)

кмоль

Пересчитаем коэффициенты массоотдачи на

м2 с

для верхней части колонны

x верх:

751:6

кмоль

(3.90)

x f верх: = 0:0247

= 0:0247

= 0:288

;

Mx верх:

64:37

м2 с

y f верх: = 1:216

y верх:

= 1:216

2:296

кмоль

(3.91)

= 0:0443

;

My0 верх:

63:09

м2 с

для нижней части колонны

x низ:

814:1

кмоль

(3.92)

x f низ: = 0:0320

= 0:0320

= 0:352

;

Mx низ:

74:05

м2 с

y f низ: = 1:2413

y низ:

= 1:2413

2:542

кмоль

(3.93)

= 0:0434

My0 низ:

72:78

м2 с

3.7Определение высоты колонны

Для определения высоты необходимо посчитать число действительных ступеней. Это можно сделать графоаналитическим методом построением кинетической линии. Чтобы совершить такое действие, нужно рассчитать общую эффективность массопередачи на тарелке (КПД по Мерфри). Эффективность тарелки по Мерфри EMy с учётом продольного перемешивания, межтарельчатого уноса и доли байпасирующей жидкости приближённо определяется следующими уравнениями:

EMy =

EMy0

;

1 +

e EMy0

m (1 )

EMy0 =

EMy00

;

EM00

1 +

EMy00 = By 0 1 + S!

Ey + m!

(3.94)

(3.95)

(3.96)

B =

;

(3.97)

(1 ) 1 +

где =

m (R + 1)

фактор массопередачи для укрепляющей части колонны, для исчер-

m (R + 1 ' f)

3:5 58:298

пывающей части колонны =

; f =

= 2:533; локальная

R + f (1 ')

70:03 1:15

эффективность Ey связана с общем числом едениц переноса по газовой фазе на тарелке n y следующим соотношением:

Ey = 1 e n y ;							(3.98)
тут
		Ky f M0					(3.99)
n y =					;
		!T y
Kyf =			1			:	(3.100)


1			+	m
	yf			xf

Число ячеек полного перемешивания S для колонн диаметром более 600 мм и с клапанными тарелками отсутствуют надёжные данные по продольному перемешиванию жидкости, поэтому с достаточной степенью приближения считать, что одна ячейка перемешивания соответствует длине пути жидкости L = 300 400 мм. (ССЫЛКУ СЮДА! стр. 241)

Примем L = 350 мм и определим число ячеек полного перемешивания S как отношение длины пути жидкости на тарелке LT к длине L. Определим длину пути жидкости LT как расстояние между переливными устойствами:

LT = dколонны2

b2 = 1:62 1:262 = 0:9861м:

(3.101)

Тогда число ячеек полного перемешивания на тарелке
0:9861	(3.102)
S = 0:35 3:	(3.102)

Унос жидкости рассчитаем по формуле (3.59).

Приведём пример расчёта одной точки кинетической линии, пусть x = 0:95. Тогда Трололо, в чудо–проге MathCAD...

Коэффициент распределения компонента по фазам (тангенс угла налона равновесной

линии в этой точке) m = 0:793. И далее:

кмоль

(3.103)

Kyf =

= 0:03948

;

1:275

м2 с

0:0434

0:352

0:03948 63:09

(3.104)

n y =

= 0:61963;

1:751 2:296

(3.105)

Ey = 1 e0:61963 = 0:462;

0:793 (3:75 + 1)

= 1:004;

(3.106)

3:75

по книге (ссылку сюда! стр. 99, рисунок км.) 0:23; по формуле (3.59) брызгоунос e = 4:799 10 3 кг/кг. Продолжаем:

1:004

0:462 + 4

0:793

:799 10

B =

= 0:607;

(3.107)

(1 0:23)

1 +

0:793

4:799

10 3

1:004

0:462

0:607

EMy00 =

0 1 +

! 11

= 0:562;

(3.108)

0:607

0:562

= 0:479;

(3.109)

1:004 0:23 0:562

1 +

1 0:23

EMy =

0:481

= 0:493:

(3.110)

1 +

4:799 10 3 1:004

0:481

0:793 (1 0:23)

Зная эффективность по Мерфри, можно определить концентрацию легколетучего компонента в паре на выходе из тарелки по соотношению

EMy =	yконеч: yнач:	;	(3.111)

	y yнач:
отсюда
yконеч: = EMy (y yнач:) + yнач: = 0:479 (96:623 95:74) + 95:74 = 96:162:			(3.112)

Аналогично были рассчитаны yконеч: для других точек, все результаты сведены в таблицу: Нарисовать эту таблицу!!!

Взяв отсюда занчения x и yконеч:, на диаграмму наносят точки, по которым строят кинетическую линию. Построением ступеней между рабочей и кинетической лиинями в интервалах концентраций от xP до xF определяют число тарелок для верхней части колонны, и в интервале от xF до xW число действительных тарелок для нижней части колонны. Общее число N действительных тарелок получается равным 49. Высоту колонны определим по формуле:

Hколонны = (N 1) h + zверх: + zниз: = (49 1) 0:5 + 1 + 2 = 27 м: (3.113)

По (ссылку стр. 437!) для димаметра в 1.6 м максимально допустимая высота составляет 30 м. По книге Лащинского, высота опоры не более 1.275 м, так что всё равно попадаем)

3.8Гидравлическое сопротивление колонны

Гидравлическое сопротивление тарелок колонны Pколонны определяем по формуле:

Pколонны = Pверх: Nверх: + Pниз: Nниз::

(3.114)

Полное гидравлическое сопротивление одной тарелки складывается из трёх слагаемых:

Pтарелки = Pсухой тарелки + Pпены + P ;			(3.115)
гидравлическое сопротивление сухой тарелки
Pсухой тарелки =	!T2 y	;	(3.116)
Pсухой тарелки =	2 Fc2	;	(3.116)
	2 Fc2

для клапанных тарелок = 3:6 (ССЫЛКУ на стр. 210). Гидравлическое сопротивление пены на тарелке

Pпены = g x h :								(3.117)
Гидравлическое сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения:
				4				(3.118)
			P =	dэ		:
Для верха колонны:
Pсухой тарелки =			3:6 1:7512 2:296				= 723:93 Па;	(3.119)

			2 0:13232					(3.120)
Pпены = 9:81 751:6 0:02275 = 167:74 Па;
P =		4 19:1 10 3			= 1:91 Па;			(3.121)

0:04
полное гидравлическое сопротивление одной тарелки:
P = 723:93 + 167:74 + 1:91 = 893:58 Па:								(3.122)
Для низа колонны:
Pсухой тарелки =			3:6 1:6642 2:542				= 723:83 Па;	(3.123)

			2 0:13232					(3.124)
Pпены = 9:81 814:1 0:0258 = 206:05 Па;
P =	4 21:26 10 3				= 2:126 Па;			(3.125)

0:04
полное гидравлическое сопротивление одной тарелки:
P = 723:83 + 206:05 + 2:126 = 932:0 Па:								(3.126)

Полное гидравлическое сопротивление ректификационной колонны:
Pколонны = 893:58 39 + 932 11 = 45 101:62 Па 45:102 кПа:	(3.127)

Глава 4

Тепловой расчёт (мб убрать? Всё равно надо это причесать!)

4.1Выбор материала, хардкор и сталь!

Выбор конструкционного материала основывается на его коррозионной стойкости и стоимости. Коррозия характеризуется проницаемостью П, мм/год. Для большинства химических аппаратов проницаемость материала, контактирующего с реакционной коррозионной средой, не превышает 0,1 мм/год, что характеризует его как коррозионно–стойкий. Принимаем П 6 0:1 мм/год. Для смеси ¾ацетон–бензол¿ при любой концентрации и в интервале рабочих температур от 20 C до tкип:, безусловно, было бы лучше и дешевле сделать всё из обычной углеродистой стали, но увы. Скорость коррозии углеродистой стали–3 в ацетоне равна 0.003 мм/год при tкип:, а в бензоле 0.1–1 мм/год, и ещё эти данные приводятся для чистого безводного бензола, а не для его промышленного раствоора в ацетоне. Поэтому, с учётом вышеперечисленных факторов и рассматривая различные материалы, выберем более стойкие сорта нержавеющей стали, что благоприятно скажется на сроке службы этой ректификационной установки. Принимаем для колонны и вспомогательного оборудования в качестве основного материла легированную сталь типа Х21Н5Т, для которой скорость коррозии вплоть до tкип: и в ацетоне, и в бензоле меньше 0.1 мм/год.

с. 604 и 597 Упомянуть, что в дальнейшем = 17:5

Понавставлять сюда ссылок!!!

4.2Расчёт подогревателя исходной смеси


По t –x–y диаграмме, температура кипения исходной смеси tкип		: = 66:74 C, а по усло-
	t	+ t
вию tисх: = 20 C. Средняя температура в подогревателе tср: =	исх: кип:		= 43:37 C
	2
43:4 C. При средней температуре. . . ТРОЛОЛО, будем считать тепловые потери = 5%.
Хм, надо как–то обосновать, что это будет кожухотрубный теплообменник. . .

Проще, почти такой же эффективный как пластинчатый, надёжнее и дешевле (?). Так что делаем все т/о кожухотрубными.

При средней температуре:

Теплоёмкость исходной смеси

Cсмеси = Cацетона xацетона + Cбензола xбензола =

Дж

= 4:19 103 (0:54 0:33 + 0:43 0:67) = 1953:8

;

(4.1)

кг К

данные взяты отсюда (ССЫЛКУ сюда! Романков, стр. 562, рис. XI).

Плотность смеси:

xацетона

xбензола

0:33

0:67

;

(4.2)

ацетона

бензола

смеси

764:26

854:26

отсюда смеси = 822:3 кг=м3.

Вязкость смеси:

lg смеси = xацетона lg ацетона + xбензола lg бензола =

= 0:3985 lg(0:2605 10 3)+0:6015 lg(0:473 10 3) = 0:4284; ) смеси = 0:373 10 3 Па с:

(4.3)

Теплопроводность смеси: по рис. X(ССЫЛКУ! стр. 561)

Вт

ацетона = 0:14 1:163 = 0:163 м К;

Вт

бензола = 0:121 1:163 = 0:141 м К;

смеси = ацетона xацетона + бензола xбензола 0:72 ( ацетона бензола) xацетона xбензола =

Вт

= 0:163 0:33 + 0:141 0:67 0:72 (0:163 0:141) 0:33 0:67 = 0:1448 м К:

Удельная теплота парообразования исходной смеси:

по данным (ССЫЛКУ стр. 541),

rсмеси = rацетона xацетона+rбензола xбензола = 533:5 0:33+419:83 0:67 = 457:34 кДж=кг;

Тепловая нагрузка подогревателя

				Qобщ: = Qподогрева + Qисп: + Qпотерь;
потери 5% заложим чуть позже при расчёте массового расхода пара;
	43:4 C
Q = F	(Cсмеси	(t2	конеч:	t2 нач:) + ' rF ) =

= 3:5 (1953:8 (66:74 20) + 0:16 457:34 103) = 575 732:5 Вт:

Выберем для обогрева сухой насыщенный водяной пар с абсолютным давлением 1.4 t = 108:7 C; удельная теплота парообразования r = 2237 кДжкг . (ССЫЛКУ сюда!)

(4.4)

(4.5)

(4.6)

(4.7)

кгс см2;

<<< < Предыдущая 12 / 42 3 4 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
01.05.202510.39 Mб0proekt_po_sapromatu.doc
#
01.05.20252.35 Mб0proekt_po_sopramatu.doc
#
01.05.20253.62 Mб0Proekt_po_sopru_Chistovik_33.doc
#
13.02.2015251.9 Кб16progist.doc
#
13.08.201982.43 Кб7programma-2012.doc
#
13.02.2015424.96 Кб11Project.pdf
#
01.05.202511.46 Mб9Prom_Ekologia_Akinin_kniga.doc
#
02.12.2018227.84 Кб1psihologia.doc
#
22.09.2019334.85 Кб8pur.doc
#
01.07.2025321.6 Кб0PV-Зи-фактор 200 мг на 5 мл 30 мл _____2016.docx
#
13.02.2015151.04 Кб48Rastvorimost_gazov.doc