Расчет ректификационной колонны

, где

σ – поверхностное натяжение жидкости при средней температуре в верхней части колонны 79 0С.

Высота парожидкостного слоя на тарелке:

hпж = hп + ∆h= 0,04 + 0,03 = 0,07.

Сопротивление парожидкостного слоя:

∆рпж = 1,3hпжρжgk=1,3 ∙0,07 ∙ 0,5 ∙1110,4 ∙ 9,81= 991 Па.

Общее гидравлическое сопротивление тарелки в нижней части колонны:

∆р’’ = ∆рсух + ∆рσ + ∆рпж = 188 + 20,2 + 991 = 1199,2 Па.

Проверим, соблюдается ли при расстоянии между тарелками h = 0.3 м необходимое для нормальной работы тарелок условие

Для тарелок нижней части, у которых гидравлическое сопротивление больше, чем у тарелок верхней части:

Условие соблюдается.

Проверим равномерность работы тарелок – рассчитаем минимальную скорость пара в отверстиях w0min, достаточную для того, чтобы ситчатая тарелка работала всеми отверстиями:

Рассчитанная скорость w0min = 7,9 м/с; следовательно, тарелки будут работать всеми отверстиями.

Определение числа тарелок и высоты колонны.

А) наносим на диаграмму у – х рабочие линии верхней и нижней части колонны и находим число ступеней изменения концентрации пТ. в верхней части колонны п’T = 8, в нижней части колонны п’’T = 26, всего 34 ступени. Число тарелок рассчитывается по уравнению: п = пТ / η.

Для определения среднего к. п. д. тарелок η находим коэффициент относительной летучести разделяемых компонентов α = РХ / РБ, и динамический коэффициент вязкости исходной смеси μ при средней температуре в колонне, равной 72 0С.

При этой температуре давление насыщенного пара хлороформа и бензола соответственно равны:

, откуда α = РХ / РБ = 1292/700=1,8

динамические коэффициенты вязкости хлороформа и бензола соответственно равны:

αμ = 1,8 ∙ 0,35 = 0,62

по графику находим η = 0,54. Длина пути жидкости на тарелке

l = D – 2b = 2,2 – 2 ∙0.289 = 1.62

По графику находим значение поправки на длину пути ∆ = 0,18. Средний к. п. д. тарелок: ηl = η(1 + ∆) = 0.54(1+0.18) = 0.64.

Для сравнения рассчитаем средний к. п. д. тарелки η0 по критериальной формуле, полученной путем статистической обработки многочисленных опытных данных для колпачковых и ситчатых тарелок:

В этой формуле безразмерные комплексы:

где w – скорость пара в колонне, м/с; SСВ – относительная площадь свободного сечения тарелки; hП – высота сливной перегородки, м; ρП и ρЖ – плотности пара и жидкости, кг/м3; DЖ – коэффициент диффузии легколетучего компонента в исходной смеси; σ – поверхностное натяжение жидкости питания, Н/м.

Коэффициент диффузии

В нашем случае: β = 1; μЖ = 0,35 сП = 0,35∙10-3 Па∙с; М = МF = 90,4 кг/кмоль; υ = 3,7 + 14,8 + 3∙24,6 = 92,3; Т = 72 + 273 = 345К.

Безразмерные комплексы:

Средний к. п. д. тарелки:

, что близко к найденному значению ηl.

Число тарелок:

В верхней части колонны п = п’Т / η = 8 / 0.64 = 12,5;

В нижней части колонны п = п’’Т / η = 26 / 0.64 = 40,5.

Общее число тарелок п = 53, с запасом 60, из них в верхней части колонны 15 и в нижней части 45 тарелок.

Высота тарельчатой части колонны:

НТ = (п-1) h = (60-1) 0,3= 17,7м.

Общее гидравлическое сопротивление тарелок:

∆р = ∆р’nв + ∆р’’nн = 762,8 ∙ 15 + 1199,2 ∙ 45 = 65406 Па

Тепловой расчет установки.

Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре-конденсаторе:

где rX и rБ – удельные теплоты конденсации при 63 0С.

Расход теплоты, получаемой в кубе-испарителе от греющего пара

Здесь тепловые потери QПОТ приняты в размере 4% от полезной затрачиваемой теплоты; удельные теплоемкости взяты соответственно при tD = 630С, tW = 80.30С, tF = 770С; температура кипения исходной смеси tF = 770С определена из диаграммы t – x, у.

Расход теплоты в паровом подогревателе исходной смеси:

здесь тепловые потери приняты в размере 5%, удельная теплоемкость исходной смеси взята при средней температуре (77+18) /2 = 47,50С

Расход теплоты, отдаваемый охлаждающей воде в водяном холодильнике дистиллята:

, где удельная теплоемкость дистиллята взята при средней температуре (63+25) /2 = 88 0С

.

Расход теплоты, отдаваемый охлаждающей воде в водяном холодильнике кубового остатка:

, где удельная теплоемкость кубового остатка взята при средней температуре (80,3+25) /2 = 52,65 0С

Расход греющего пара

А) в кубе-испарителе

, где rГ.П. = 2264000 дж/кг – удельная теплота конденсации греющего пара;

Б) в подогревателе исходной смеси

Всего: 1,2 + 0,02 = 1,22 кг/с или 4,4 т/ч.

Расход охлаждающей воды при нагреве ее на 200С:

А) в дефлегматоре

Б) в водяном холодильнике дистиллята

В) в водяном холодильнике кубового остатка

Всего: 0,02+0,0006+0,0015=0,0221 м3/с или 79,56 м3/ч