9. Скорость пара и диаметр колонны.
Исходные данные: tB=83,50 С;
tН =129,5 0 С;
р=0,1 М Па ;
хаВ=0,96 кг А
кг см .
хаН =0,05 кг А
кг см .
М В=78,95 |
|
|
кг см . |
; |
|
|
кмоль см . |
|
|||||
у |
|
|
||||
М Ну =110,70 |
|
кг см . |
|
; |
||
|
кмоль см. |
|||||
|
|
|
|
|||
х В=0,9719 |
|
кмоль А |
|
; |
|
|
кмоль см. |
|
|||||
|
|
|
||||
х Н=0,0706 кмоль А ; кмоль см .
LВ= 0,368 кгс;
LН = 1,712 кгс;
DВ= 0,698 кгс;
DН = 0,809 кгс;
Цель расчета:
∙Рассчитать плотность жидкости для отгонной и укрепляющей частей колонны.
∙Рассчитать плотность пара для отгонной и укрепляющей частей колонны.
∙Рассчитать вязкость жидкости для отгонной и укрепляющей частей колонны.
∙Рассчитать рабочую скорость пара для отгонной и укрепляющей частей колонны.
∙Рассчитать диаметр аппарата для отгонной и укрепляющей частей колонны.
∙Рассчитать действительную скорость пара для отгонной и укрепляющей частей колонны.
Расчет плотности жидкости для отгонной и укрепляющей частей колонны:
Плотность жидкой смеси можно определить по следующей формуле:
23
х ρсмj = |
|
|
|
1 |
|
|
; |
|
х а j |
1 |
−х a j |
||||
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ρAj |
|
ρBj |
|
||
Укрепляющая (верхняя) часть колонны tB=83,5 0 С :
Первоначально определим плотности индивидуальных жидкостей:Бензол - ρ83,5А =811,2 кгАм3 . [4, 512];
Хлорбензол - ρ83,5В =1037,5 кгВм3 . [4, 512];
Тогда, подставляя числовые данные, получим:
|
ρВ |
= |
|
|
|
1 |
|
=818,3 |
кгсм . . |
|
|
|
|
|
|
1−0,96 |
|
||||
х |
см |
|
|
0,96 |
|
|
|
|
м3 |
|
|
|
|
|
811,2 |
|
|
1037,5 |
|
|
|
Отгонная (нижняя) часть колонны tН=129,50 С :
Первоначально определим плотности индивидуальных жидкостей:Бензол - ρ129,5А =757,6 кгАм3 . [4, 512];
Хлорбензол - ρ129,5В =906,1 кгВм3 . [4, 512];
Тогда, подставляя числовые данные, получим:
|
ρН |
= |
|
|
|
1 |
=968,0 |
кгсм. . |
|
|
0,05 |
|
|
1−0,05 |
|||||
х |
см |
|
|
|
|
м3 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
906,1 |
757,6 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||||
Расчет плотности пара для отгонной и укрепляющей частей колонны:
Плотность паровой фазы для обеих частей колонны можно определить на основании закона Менделеева-Клайперона:
у ρ j= RTр j М уj .
Подставляя числовые данные, получим:
у ρВ= |
105 |
78,95=2,66 кгсм . |
||||
8314 83,5 273 |
||||||
|
|
|
|
м3 |
||
у ρН = |
105 |
|
110,7=3,28 |
кгсм . |
||
8314 129,5 273 |
||||||
|
|
м3 |
||||
Расчет вязкости жидкой фазы для отгонной и укрепляющей частей колонны:
Вязкость смеси нельзя рассчитать по аддитивности компонентов, образующих смесь. Данный расчет производят на основании уравнения Аррениуса-Кендала:
24
lg μсмj =x j lg μА 1− x j lg μВ
Укрепляющая (верхняя) часть колонны tB=83,50 С : Первоначально определим вязкости индивидуальных жидкостей:
|
Бензол - |
μ А=0,4236 мПа с [4, 512]; |
|
Хлорбензол - μВ=0,3064 мПа с [4, 512]; |
|
Тогда, подставляя числовые данные, получим: |
||
|
х |
μВ =100,6713 lg0,4236 1−0,6713 lg0,3064=0,3808 мПа с . |
|
см |
|
Отгонная (нижняя) часть колонны tН =129,5 0 С :
Первоначально определим вязкости индивидуальных жидкостей:
|
Бензол - μА=0,1991 мПа с [4, 512]; |
|
Хлорбензол - μВ=0,2963 мПа с [4, 512]; |
Тогда, подставляя числовые данные, получим:
х μсмН =100,2206 lg0,1991 1−0,2206 lg0,2963=0,2963 мПа с .
Расчет рабочей скорости, для отгонной и укрепляющей частей колонны
W=C ρρЖП
С– коэффициент, зависящий от конфигурации тарелок, С = f(h). Расстояния h между тарелками зависят в основном от физикохимических свойств разделяемой среды, а также некоторых других соображений и бывают от 60 до 600 мм и более. Принимаем h=0,35 м, тогда по графику зависимости С от h находим С=0,035 [2,323] при h=0,35м
Укрепляющая часть:
W 2=0,035 818,32,66 =0, 613 м/с
Отгонная часть:
W 0=0,035 968,33,289=0,601 м/с
Расчет диаметра аппарата для отгонной и укрепляющей частей колонны:
Зная рабочую скорость пара в каждой части колонны, мы можем рассчитать диаметр аппарата для соответствующей части колонны. Для
25
этого воспользуемся следующей формулой:
|
|
|
|
|
d |
J |
= |
4 DJ |
|
|
|
. |
||
|
π y wpJ y ρJ |
|||
Укрепляющая часть:
Dмассверх =G д R+1 =0,3370 0,96 1 =0,662 кгс
|
|
= |
|
|
|
4 D В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
d |
В |
|
|
|
|
= |
4 0,662 |
=0,72 м . |
|
|||||||||||
|
π y w Jp y ρВ |
π 2,66 0,613 |
|
|||||||||||||||||
Отгонная часть: |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
масс |
Dверхмольн |
|
Dверхмасс M верх |
|
0,662 78,97 |
|
кг |
||||||||||||
Dниз |
= |
|
= |
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
=0,475 |
|
|||||
M низ |
|
|
|
|
M низ |
110,07 |
с |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
4 DН |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
dН = |
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
4 0,475 |
|
=0,55 м. |
|
|||||||
|
|
|
|
J |
ρ |
Н |
π 3,28 0,601 |
|
||||||||||||
|
|
|
π y w p y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Согласно [6, 197], для химической промышленности гостированное значение диаметра аппарата, с учетом нашего случая, равно dап.=0,8 м.
Расчет действительной скорости пара для отгонной и укрепляющей частей колонны:
Действительную скорость для аппарата с выбранным значением диаметра можно определить по приведенной ниже формуле:
|
|
|
y w RealJ |
= |
|
4 DJ |
. |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
π dап . 2 |
y ρJ |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
В |
4 D В |
|
|
|
4 0,662 |
|
|
|
|||||
Укрепляющая часть: |
y wReal= |
|
|
|
= |
|
=0,354 |
мс. |
||||||||
π dап. 2 |
y ρВ |
π 0,8 2 2,66 |
||||||||||||||
|
Н |
|
4 D Н |
|
|
|
4 0,475 |
|
|
|
|
|||||
Отгонная часть: |
y wReal= |
|
|
= |
|
=0,287 |
мс. |
|
||||||||
π dап. 2 |
y ρН |
π 0,8 2 3,28 |
|
|||||||||||||
26