Определение объёмного расхода паров производиться по формуле:
(11)
где P – мольный расход, кмоль/с;
R –оптимальное флегмовое число;
Mcp – средняя мольная масса пара, кг/кмоль;
ρ п.ср – плотность пара для среднего сечения, кг/м2.
Средняя мольная масса пара определяется по формуле :
(12)
где M нк , Мвк – мольные массы компонентов, кг/кмоль;;
y ср – средний мольный состав пара, кмоль/кмоль.
Средняя плотность пара определяется по формуле :
(13)
где Т˚=273К;
Р0=760 мм.рт.ст.
Тср – средняя температура кипения смеси в среднем сечении верхней части колонны в ˚С (определяется по t-x-y диаграмме по значению yср)
Определение объёмного расхода паров в колонне производиться для верха и для низа колонны отдельно.
Среднее сечение верхней части колонны:
Средний мольный состав пара определяется по формуле :
(14)
где yp и yf -мольные доли компонентов (определяются по x-y диаграмме).
= 92,13*0,795 + 78,11*(1-0,795) = 89,24 кг/кмоль
= 89,24*273/22,4(273+92,2) = 2,97 кг/м3
V = (0,006*(2,43+1)*89,24)/2,97 = 0,62 м3/сек
Среднее сечение нижней части колонны:
Средний мольный состав пара определяется по формуле [3]:
(15)
где y ц и yf -мольные доли компонентов (определяются по x-y диаграмме).
= 92,13*0,34 + 78,11*(1-0,34) = 82,87 кг/кмоль
= 89,24*273/22,4(273+105,95) = 2,66 кг/м3
V = (0,006*(2,43+1)*82,87)/2,66 = 0,64 м3/сек
Определение скорости пара
Расчет проведем по методике предложенной в [1].
Для колпачковых тарелок предельно допустимая скорость рассчитывается по уравнению:
(16)
где 
– диаметр колпачка, м; 
– расстояние от верхнего края колпачка до вышерасположенной колонны, м; 
– соответственно плотности жидкой и паровой фазы, кг/м3.
Верхняя часть аппарата:
(17)
где x ср.нк – средний состав жидкости для верхней части колонны, кмоль/кмоль.
(18)
м/с
Нижняя часть аппарата:
(19)
м/с
Определим диаметр колонны для верха и для низа:
Верх. 
Низ: 
Примем D=1000мм
Примем стандартный диаметр колонны одинаковый для верхней и нижней части и равный 
м.
Параметры колпачковой тарелки типа ТСК-1 Свободное сечение колонны 
м2, длина линии барботажа 9,3 м, периметр слива 
м, площадь слива 0,05 м2, площадь паровых патрубков 0,073 м2, относительная площадь прохода паров 9%, число колпачков 37, диаметр колпачка 
мм, шаг 
мм, 
мм, высота перелива 
мм. Расстояние между тарелками Ht=0,35[1].
Определение высоты колонны
Определение высоты тарельчатой колонны производиться по следующему уравнению [1]:
(20)
где 
-высота тарельчатой (рабочей) части колонны, м;
h – расстояние между тарелками, м [1];
h1 - высота сепарационной части над верхней тарелкой, м;
h2 - расстояние от нижней тарелки до днища колонны, м.
Значения h1 и h2 выбрать в соответствии с практическими рекомендациями в зависимости от диаметра колонны [1]:
H=(16-1)*0.6+0.6+1.5=11.1 м
Тепловой расчет
В задачу теплового расчета входит определение расхода греющего пара в испарителе колонны и величину ее теплопередающей поверхности, а так же расхода охлаждающей воды в дефлегматор. Способ подвода и отвода тепла осуществляется за счет испарения части реакционной массы и за счет применения выносных поверхностей теплообмена.
Расчёт испарителя
Расход греющего пара в кубе колонны рассчитывается на основе составления и решения уравнения теплового баланса ректификационной колонны
(21)
где r воды – удельная теплота парообразования, Дж/кг ;
Р – расход верхнего продукта, кг/с;
W – расход нижнего продукта, кг/с;
Ropt – флегмовое число;
– энтальпии потоков, Дж/кг;
rcp – средняя удельная теплота фазового перехода, кДж/кг;
Q пот – тепловые потери (от 3% до 5% от тепла греющего пара) [1]:
(22)
где r –удельная теплота фазового перехода соответствующего компонента, Дж/кг [5];
tср = 95,4 ◦С ;
r нк = 90
r вк = 87
r ср = 90*0,4+87*(1-0,4)= 88,2
r ср = 88,2*4190 = 369558 Дж/кг.
Таблица 3.1-Теплоёмкости компонентов при различных температурах [2].
Низкокипящий ком-т.
Высококипящий ком-т.
(23)
где 
– массовые доли компонентов, кг/кг;
Ср - теплоёмкости компонентов при различных температурах, Дж/кг*К.
F : Cp см = 2077*0,4+2022*(1-0,4) = 1763,3 Дж/кг*К;
P : Cp см = 1766*0,95+1766(1-0,95) = 2044 Дж/кг*К;
W : Cp см = 2480*0,05+2422(1-0,05) = 2424,9 Дж/кг*К.
(24)
где I - энтальпии потоков, Дж/кг;
Т – температура компонентов, ˚C.
IF = 1763,6*81 = 142851,6 Дж/кг;
IP = 2044*95,4 = 194997,6 Дж/кг;
IW = 2424,9*109,6 = 265769,04 Дж/кг.
D г.п.*( I г.п.- i к) = 0,558*(194997,6-142851,6) + 0,83(265769,04+142851,6) + +0,558*3,16*369558 = 1019886,829
D г.п. = 1019886,829/(0,97*369558) = 2,84 кг/с.
Величину теплопередающей поверхности испарителя рассчитывают на основе уравнения теплопередачи [5]:
(25)
где Q пот – тепловые потери (от 3% до 5% от тепла греющего пара) [1];
D г.п ( I г.п. - i к ) – расход греющего пара, найденного по формуле (21);
K – коэффициент теплопередачи, выбирается по опытным данным в пределах от 300 до2500 Вт/м2*К;
ΔТср – средняя движущая сила процесса теплопередачи.
ΔТср определяется по разнице температур между температурой разделяемой смеси (в кубе колоны) и температурой насыщенного водяного пара при определённом давлении. Обычно средняя движущая сила процесса равна 30 ± 5ºС.
Температура кубового остатка равна Тw=109,6 ºС (см. выше).
Температура насыщенного водяного пара при давлении 3,0 кг/см2 составляет Т=135,9ºС .
(26)
∆ T ср = 135,9 – 109,6 = 26,3 оС
 |
ТºС ТºС
ΔТср
Рисунок 3.1 - Температурная диаграмма для определения средней движущей силы процесса теплопередачи.
Дата: 2019-07-30, просмотров: 182.
