ПАХТ / ПАХТ - Курсовое проектирование / Курсовой проект №Р30-16
.pdf
1,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У*F |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У - пар |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1 |
1,1 |
|
Xw |
|
|
|
|
Х - жидкость |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
XF |
|
Хр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Рисунок 1 – Диаграмма У-Х №1 |
|
|
|
|||||
1,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У*F |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У - пар |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1 |
1,1 |
|
Xw |
|
|
|
|
Х - жидкость |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
XF |
|
Хр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Рисунок 2 – Диаграмма У-Х №2 |
|
|
|
|||||
11
1,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У*F |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У - пар |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1 |
1,1 |
|
Xw |
|
|
|
|
Х - жидкость |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
XF |
Хр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Рисунок 3 – Диагармма У-Х №3 |
|
|
|
|||||
1,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У*F |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У - пар |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1 |
1,1 |
|
Xw |
|
|
|
|
Х - жидкость |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
XF |
|
Хр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Рисунок 4 – Диагарамма У-Х №4 |
|
|
|
|||||
12
1,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У*F |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У - пар |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1 |
1,1 |
|
Xw |
|
|
|
|
Х - жидкость |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
XF |
Хр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Рисунок 5 - Диаграмма У-Х №5 |
|
|
|
|||||
1,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У*F |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У - пар |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1 |
1,1 |
|
Xw |
|
|
|
|
Х - жидкость |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
XF |
Хр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Рисунок 6 – Диаграмма У-Х №6 |
|
|
|
|||||
13
|
|
|
Опредлеление рабочего флегмового числа |
|
|
|||||||
|
135 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
130 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
125 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
120 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N(R+1) |
115 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
110 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
105 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
95 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
90 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
1 |
|
2 |
3 |
|
4 |
5 |
|
6 |
7 |
8 |
|
|
|
|
|
|
R - флегмовое число |
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 7 – График определения рабочего флегмового числа |
|
||||||||||
|
|
Диаграмма У-Х, изображение рабочих линий при действительном флегмовом числе |
||||||||||
|
1,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У*F |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У - пар |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1 |
1,1 |
|
|
Xw |
|
|
|
|
Х - жидкость |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
XF |
|
Хр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Рисунок 8 – Диаграмма У-Х с изображением рабочих линий при |
|||||||||||
|
|
|
|
действительном флегмовом числе |
|
|
|
|||||
Средние массовые расходы (нагрузки) по жидкости для верхней и
нижней частей колонны:
14
где |
и |
– мольные массы дистиллята и исходной смеси; МВ и |
– |
средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны. |
|
||
|
Мольную массу дистиллята можно принять равной мольной |
массе |
|
легколетучего компонента – воды. Средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны:
кг кмоль
|
|
МН |
Мвода ср Н |
Мук |
ср Н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кг кмоль |
|
||
где Мвода и Мук – мольные массы воды и уксусной кислоты; |
В и |
ср Н – |
|||||||||
средний мольный состав жидкости в верхней и нижней частях колонны: |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
кмоль |
смеси |
|
|
ср В |
|
|
|
|
|
|
|
кмоль |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
кмоль |
|
смеси |
|
|
ср Н |
|
|
|
|
|
|
кмоль |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Мольная масса исходной смеси: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
М |
Мвода |
|
Мук |
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
кг кмоль |
|
||
|
|
М |
Мвода |
|
Мук |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кг кмоль |
|
|
|
|
кг кмоль |
|
Средние |
массовые |
потоки пара |
в верхней В |
и нижней |
частях |
||||||
колонны: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В |
МВ |
М |
|
|
|
|
|
|
|
|
кг с |
Н |
М |
М |
|
|
|
|
|
|
|
|
кг с |
|
Н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Средние мольные массы паров в верхней МВ |
и нижней |
частях |
|||||||||
колонны: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
МВ |
Мвода ср В |
Мук |
ср В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кг кмоль |
|
||
|
|
|
15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
МН |
|
Мвода |
ср Н |
Мук |
ср Н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кг кмоль |
|
|
|
ср В |
|
|
|
|
|
|
|
кмоль |
смеси |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кмоль |
|
|
|
ср Н |
|
|
|
|
|
|
|
кмоль смеси |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кмоль |
|
|
|
|
|
|
|
|
ТХУ Диаграмма |
|
|
|
|
||
|
119 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
118 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
117 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
116 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
115 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
114 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
113 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
112 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Температура |
111 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
110 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
109 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
108 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ту.ср.н 107 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
106 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тх.ср.н 105 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
104 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
103 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
102 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ту.ср.в 101 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тх.ср.в 100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
99 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
|
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1 |
|
|
|
|
|
|
Хср.н Уср.н |
Мольные доли |
|
|
Хср.в Уср.в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 9 – Диаграмма Т-Х,У (температура – состав пара и жидкости)
2.2 Скорость пара и диаметр колонны
Расчёт скорости пара в колоннах с тарелками различных конструкций – для ситчатых тарелок.
Допустимая скорость в верхней и нижней частя колонны:
В |
В В |
|
|
|
м с |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Плотности жидкости В, Н и пара В, в верхней и нижней частях колонны при средних температурах. Средние температуры паров по
16
диаграмме Т-Х,У (см. |
рисунок 9) по средним составам фаз: В |
˚С; |
||||||||||
Н |
|
˚С; В |
|
˚С; |
Н |
˚С |
|
|
|
|||
|
При средней температуре верхней части 100,6˚С плотности жидкой |
|||||||||||
воды и уксусной кислоты: |
В вода |
|
кг м ; |
Н ук |
кг м . |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
В |
|
В вода |
ср В |
В ук |
ср В |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кг м |
|
|
При средней температуре нижней части 105,2˚С плотности жидкой |
|||||||||||
воды и уксусной кислоты: |
В вода |
|
кг м ; |
Н ук |
кг м . |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
Н |
|
Н вода |
ср Н |
Н ук |
ср Н |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кг м |
|
|
При средней температуре верхней части 100,65˚С плотности пара воды |
|||||||||||
и уксусной кислоты: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
МВТ |
|
|
|
|
|
|
|
кг м |
|
|
В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Т |
|
В |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
При средней температуре верхней части 106,8˚С плотности пара воды и уксусной кислоты:
|
МНТ |
|
|
кг м |
Н |
Т Н |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
Ориентировочный диаметр колонны из уравнения расхода:
м
Стандартный диаметр обечайки колонны d = 2,8 м.
Скорости В и мало отличаются друг от друга; использовать в расчёте среднюю скорость паров:
В |
Н |
м с |
Средний массовый поток пара в колонне G равным полусумме В и Н: |
||
В |
Н |
кг с |
Средняя плотность паров: |
|
|
В |
Н |
кг м |
|
||
|
|
17 |
Рабочая скорость пара:
м с
По каталогу для колонны диаметром 2800 мм выбрать ситчатую
однопоточную тарелку ТС-Р со следующими конструктивными размерами:
Диаметр отверстий в тарелке |
5 мм |
||
Шаг между отверстиями t |
|
15 мм |
|
Свободное сечение тарелки |
с |
18,6 % |
|
Высота переливного порога |
|
пер |
30 мм |
Ширина переливного порога b |
1575 мм |
||
Рабочее сечение тарелки |
|
т |
5,64 м |
Свободное сечение колонны |
6,16 м |
||
Скорость пара в рабочем сечении тарелки: |
|
||
т |
т |
|
м с |
2.3 Высота колонны
Число действительных тарелок в колонне можно определить графоаналитическим методом (построение кинетической линии).
Необходимо рассчитать общую эффективность массопередачи на тарелке
(к.п.д. по Мэрфри). Эффективность тарелки по Мэрфри с учётом продольного перемешивания, межтарельчатого уноса и доли байпасирующей жидкости:
ЕМ
ЕМ
ЕМ
ЕМ |
|
|
ЕМ |
||
|
|
ЕМ |
|||
|
|
|
|||
ЕМ |
|
Е |
|
В |
|
|
|
|
|
|
|
|
В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
18
Е
В
где =m(R+1)R – фактор массопередачи для укрепляющей части колонны; =m(R+1)/(R+f) – фактор массопередачи для исчерпывающей части колонны;
– локальная эффективность по пару; e – межтарельчатый унос жидкости,
кг жидкости/кг пара; – доля байпасирующей жидкости; S – число ячеек полного перемешивания; m – коэффициент распределения компонента по фазам в условиях равновесия.
Фактор массопередачи:
|
Локальная эффективность |
связана с общим числом единиц переноса |
||||||
по паровой фазе на тарелке |
: |
|
|
|||||
|
|
Е |
|
|
|
|
|
|
|
К М |
т |
В |
|
|
|||
|
|
|
|
|
||||
|
М |
МВ |
МН |
|
кг кмоль |
|||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||
где |
– в |
|
; – средняя мольная масса паров, кг/кмоль. |
|||||
|
Нет достаточно |
надёжных |
данных для определения поверхности |
|||||
контакта фаз, особенно эффективной поверхности массопередачи при барботаже на тарелках. В расчётах тарельчатых колонн используют коэффициенты массопередачи, отнесённые к единице рабочей площади
тарелки ( ). Коэффициент определяют по уравнению аддитивности
фазовых диффузионных сопротивлений по коэффициентам массоотдачи в верхней части колонны:
|
К |
|
|
|
кмоль м |
с |
|
|
|
||||
где |
и |
– коэффициенты массоотдачи, отнесённые к единице рабочей |
||||
площади тарелки соответственно для жидкой и паровой фаз, |
. |
|||||
|
|
19 |
|
|
||
Обобщённые критериальные уравнения коэффициентов массоотдачи,
отнесённые к единице рабочей площади тарелки для жидкой и паровой фаз:
По этим уравнениям получают удовлетворительные результаты для расчёта нейтральных и положительных бинарных смесей. Для отрицательных смесей необходимо учитывать поверхностную конвекцию.
2.4 Высота светлого слоя жидкости на тарелке и паросодержание
барботажного слоя
Высота светлого слоя жидкости для ситчатых тарелок.
Для верхней части колонны:
Для нижней части колонны:
где |
– удельный |
расход |
жидкости |
на 1 м ширины |
сливной |
|||
перегородки, |
м2/с; b – ширина сливной перегородки, м; |
– |
высота |
|||||
переливной |
перегородки, |
м; |
, |
– |
поверхностное |
натяжение |
||
соответственно жидкости и воды при средней температуре в колонне; |
– в |
|||||||
мПа с; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|