Министерство образования Российской Федерации
Казанский государственный технологический университет
Кафедра ПАХТ
Расчетное задание № 4
Расчет тарельчатой ректификационной колонны
Выполнила:
Студентка группы 513121
Шишмарова И.Н.
Проверила:
Мануйко Г.В.
Казань 2006
Расчет тарельчатой ректификационной колонны
Рассчитать ректификационную колонну непрерывного действия с ситчатыми тарелками для разделения 7,5 т/ч жидкой смеси, содержащей 40% (масс) хлороформа и 60% (масс) бензола. Требуемое содержание хлороформа в дистилляте 98% (масс), в кубовом остатке 4,5% (масс). Исходная смесь перед подачей в колонну подогревается до температуры кипения.
Материальный баланс.
Обозначим массовый расход через GD кг/ч, кубового остатка через GW кг/ч
Из уравнений материального баланса находим массовые расходы:
GW + GD = GF;
GW ∙ xW + GD ∙ xD = GF ∙ xF;
GW + GD = 7500;
GW ∙ 0.98 + GD ∙ 0.045 = 7500 ∙ 0.4;
GD = 4650 кг/ч;
GW = 2850 кг/ч.
Для дальнейших расчетов выразим концентрации питания, дистиллята и кубового остатка в мольных долях.
Питание
Дистиллят
Кубовый остаток
Относительный мольный расход питания:
Минимальное число флегмы
, где у*F - мольная доля хлороформа в паре, равновесном с жидкостью питания, определены по диаграмме у* - х.
Рабочее число флегмы
R= 1.3Rmin + 0.3 = 1.3. ∙ 5,1 + 0.3 = 6.9
Уравнения рабочих линий:
А) верхней части колонны
Б) нижней части колонны:
Определение скорости пара и диаметра колонны.
Средние концентрации жидкости:
А) в верхней части колонны
Б) в нижней части колонны:
Средние концентрации пара находим по уравнениям рабочих линий:
А) в верхней части колонны
Б) в нижней части колонны:
средние температуры пара определяем по диаграмме t – x, у:
А) при ,
Б) при .
Средние мольные массы и плотности пара:
А)
Б)
Средняя плотность пара в колонне:
Температура в верху колонны при хD = 0.97 равняется 63 0С, а в кубе-испарителе при хW = 0.03 она равна 80,5 0С.
Плотность жидкого хлороформа при 63 0С:
Плотность жидкого бензола при 80,30С:
Средняя плотность жидкости в колонне:
Принимаем расстояние между тарелками h = 300мм. для ситчатых тарелок по графику находим С=0,032. Скорость пара в колонне:
Объемный расход проходящий через колонну пара при средней температуре в колонне tCP = (63+80.5) /2 = 720С:
Диаметр колонны:
DCT = 2200мм.
Тогда скорость пара в колонне будет:
Гидравлический расчет тарелок.
Принимаем следующие размеры ситчатой тарелки: диаметр отверстий d0 = 4 мм, высота сливной перегородки hП = 40мм. свободное сечение тарелки (суммарная площадь отверстий) 8% от площади тарелки. Площадь, занимаемая двумя сегментами, составляет 20% от общей площади тарелки.
Рассчитаем гидравлическое сопротивление тарелки в верхней и в нижней части колонны по уравнению:
∆р = ∆рсух + ∆рσ + ∆рпж.
А) Верхняя часть колонны.
Гидравлическое сопротивление сухой тарелки:
, где
ζ = 1,82 – коэффициент сопротивления неорошаемых ситчатых тарелок со свободным сечением 7 – 10%;
w0 = 0,66/0,08 = 8,3 м/с – скорость пара в отверстиях тарелки.
Сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения:
, где
σ – поверхностное натяжение жидкости при средней температуре в верхней части колонны 74,4 0С. ............