Процессы и аппараты(24865)

По рисунку 4 определим температуры:C, C,C,C.Объемный расход пара составит:кмоль/с.Расход пара в нижней и верхней части колонны определяется по формуле:, где p0– атмосферное давление,МПа,p0=0,1 МПа,T0 - температура,K,T0=273 K.м3/с м3/сМолярную массу паровой смеси в нижней и верхней части колоны находим по формуле:кг/кмоль, кг/кмоль. Массовые расходы паровв нижней и верхней части колоны находим по формуле: кг/с; кг/с.Плотности пара по колонне составят:кг/м3,кг/м3.Вязкость пара бензола (1) и толуола (2) найдем по формуле:,где табличные данные:Па.с, Пас, С1=651,С2=384- константы уравнения.а) для нижней части колонны:Пас Пасб) для верхней части колонны: Пас ПасВязкость смеси пара рассчитаем по формуле:Па.сПа.сПлотности жидкости определим по формуле:, где плотности бензола и толуола соответственно.а) для нижней части колонны:кг/м3кг/м3кг/м3б) для верхней части колонны:кг/м3кг/м3кг/м3Вязкость смеси жидкости вычислим по формуле: , где вязкости бензола и толуола соответственно. мПас мПас мПас мПас ПасПасПоверхностное натяжение смеси жидкостей рассчитаем по формуле:, где поверхностное натяжение бензола и толуола соответственно.Н/м Н/м Н/м Н/мм/Н Н/мм/Н Н/мНаходим мольные и массовые расходы жидкости для частей колонны:кмоль/скг/кмолькг/с кг/скмоль/скг/кмоль кг/с кг/с3 Расчет теплового баланса установкиБаланс тепла в контактном аппарате ректификационной установкиопределяется выражением: ,гдеQK – количество тепла в кубе; QP –количество тепла, передаваемой от пара к воде;Qпот–потери тепла, примем Qпот= 5%от приходящего тепла; -теплоемкости дистиллята, кубового остатка и разделяемой смеси; - температуры дистиллята, кубового остатка и разделяемой смеси находим по рисунку 4:, , .Рассчитаем удельную теплоту конденсации паров дистиллята как аддитивнуювеличину:кДж/кг.где - теплоты испарения бензола и толуола при температуре дистиллята , .,гдеA1 =73,28; t1кр=236,2; A2=26,74; t2кр=284,5;.Определим количество тепла, отдаваемое в дефлегматорепо формуле:кВтОпределим теплоемкости смеси:Для бензола(1): c0=2,11 кДж/(кгК); с1=0,0015 кДж/(кгК);Для толуола (2):c0=2,21кДж/(кгК); с1=0,00043 кДж/(кгК);, Тогда:4 Конструкционные расчеты рекитификационной колонны4.1 Гидравлический расчет насадочной колонны аппаратаВыбор рабочей скорости паровой фазыопределяется рядом параметров ипроизводитсяв ходе технико-экономического расчета для каждого конкретного процесса ректификации. Для контактных устройств, работающих в пленочном режиме при давлении, равном атмосферному, рабочую скорость допускается принять меньше скорости захлёбывания на 20%:где - скорость захлебывания пара, м/с; – удельная поверхность насадки, м2/м3; Vсв – свободный объём насадки, м3/м3; μж – динамический коэффициент вязкости жидкости, мПа∙с; и - массовые расходы жидкой и паровойфаз, кг/с; и - плотность пара и жидкости, кг/м3.Выбираемв качестве насадки - керамические кольца Рашига размером 2525 мм:в:н: Тогда рабочая скорость в верхней и нижнейчасти колонны равна:По рабочей скорости определяем диаметр аппарата:, где объемный расход пара при рабочих условиях, м3/с.;;Выбираем стандартный аппарат с диаметром 4,2 м, с насыпкой кольцами Рашига диаметром 25мм; рабочую скорость уточним по формуле:Плотность орошения вычислим по формуле:, где U – плотность орошения, м3/(м2.с);- объемный расход жидкости, м3/с;S – площадь поперечного сечения колонны, м2., где D – диаметр колонны, м.Поскольку плотность орошения ниже допустимойвеличины, то выбираем кольца Рашигабольшего диаметра (5050 мм):в:н: В этом случае рабочая скорость в колонне будет равна:По величине рабочей скорости вычисляем диаметр аппарата:, где объемный расход пара при рабочем режиме в колонне, м3/с.;;Выбираем стандартный аппарат с диаметром 1,6 м, с кольцами Рашига диаметром 50мм и повторим расчеты:Так как плотность орошения удовлетворяет допустимым значениям, то в дальнейших расчетах используем кольца Рашига диаметром 50 мм.Активную поверхность элементов насадки вычислим по формуле:, где U – плотность орошения, м3/(м2.с); - удельная поверхность насадки, м2/м3;p, q – постоянные, зависящие от типа и размера насадки.Для колец Рашига размером 5050 мм:p=0,024, q=0,012.Рассчитаем активную поверхность насадки:Для расчета гидравлического сопротивления насадки, котороеопределяется режимом движения пара в колонне,вычислим число Рейнольдса:,где - вязкость пара.ПосколькуReп>40, то коэффициент сопротивления составит:;Гидравлическое сопротивление найдем по формуле: ,где H=1 м – высота слоя.Па/мПа/м,где b- коэффициент, для колец Рашига 50 мм: b= 47.10-3.=133,48 Па/м=349,25Па/м4.2 Расчет высоты аппаратаВысота насадочной ректификационной колонны определяется высотой насадки, которая может быть рассчитана по уравнению:Ннас = hэквNTT,где NTT - число теоретических тарелок, NTT= 16,8; hэкв– высота слоя насадки, эквивалентного одной ступени изменения концентрации или одной теоретической тарелке.Практически высота, эквивалентная одной теоретической тарелке, определяется видом элементов насадки и скоростью движения паровой фазы. Для колец Рашига размерами 5050 мм, hэкв = 0,25.Тогда:Ннас = 0,2516,8 = 4,2 м.ЗаключениеВ настоящей работе проведен расчет ректификационной колонны, предназначенной для непрерывного разделения бинарной смеси – «бензол-толуол», работающей под атмосферным давлением. На основании анализа имеющихся литературных данных рассмотрены теоретические основ процесса ректификациии применяемого оборудования. Проведен расчет материального и теплового баланса процесса ректификации.На основании полученных результатов проведены расчеты конструкции ректификационной колонны.Выполнение настоящего курсового проекта способствовало приобретению навыков принятия самостоятельных конструктивных решений, усвоению последовательности разработки технологических установок, закреплению учебного материала по расчету основных процессов и аппаратов химической технологии.Список использованной литературыОсновные процессы и аппараты химической технологии /Пособие по проектированию/, Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Под.ред. Ю.И. Дытнерского, 2-ое изд. перераб. и дополнен. М: Химия, 1991 – 496 с.Справочник химика том V, под редП.Г.Романкова, 2-ое изд. перераб. и дополнен.Л Химия, 1968-975с.В.Б.Коган, И.М.Фридман, В.В.Кафаров. Равновесие между жидкостью и паром. Справочное пособие. Книга вторая. «Наука». М.-Л. 1966.Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии /Учебное пособие/, К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков, 9-ое изд. перераб. и дополнен. Л. Химия,1987-575с.Курсовое проектированиепо процессам и аппаратам химической технологии. Краткие справочные данные /Метод указания/. ЛТИ им. Ленсовета – Л.: 1989, 40 с.ПриложениеОпределение числа теоретических ступеней при β = 1,2 (R=2,374)NTT = 18,8Определение числа теоретических ступеней при β = 1,25 (R = 2,473)NTT = 18,0Определение числа теоретических ступеней при β = 1,3 (R = 2,571)NTT = 17,4Определение числа теоретических ступеней при β = 1,35 (R = 2,670)NTT = 16,8Определение числа теоретических ступеней при β = 1,4 (R = 2,769)NTT = 16,4Определение числа теоретических ступеней при β = 1,45 (R = 2,868)NTT = 16,0Определение числа теоретических ступеней при β = 1,5 (R = 2,967)NTT = 15,7Определение числа теоретических ступеней при β = 1,55 (R = 3,066)NTT = 15,4Определение числа теоретических ступеней при β = 1,6 (R = 3,165)NTT = 15,0Определение числа теоретических ступеней при β = 1,65 (R = 3,264)NTT = 14,7Определение числа теоретических ступеней при β = 1,7 (R = 3,363)Размещено