- •1. Требования к конструкции ректификационных колонн
- •2. Классификация колонных аппаратов
- •2.1 Классификация в зависимости от относительного движения фаз
- •2.2 Классификация тарелок
- •3. Описание аппаратурной схемы
- •3.1 Характеристика смеси. Уксусная кислота
- •3.2 Технологический расчет
- •3.3 Средние массовые расходы по жидкости для верхней и нижней частей колонны
- •3.4 Расчет скорости пара и диаметра колонны
- •4. Определение высоты светлого слоя жидкости на тарелке и паросодержания барботажного слоя
- •5. Расчет коэффициентов массопередачи и высоты колонны
- •6. Построение кинетической линии и определение числа действительных тарелок
- •7. Расчет дефлегматора
- •8. Выбор стандартного оборудования
- •9. Описание аппаратурной схемы
- •10. Описание основных аппаратов
4. Определение высоты светлого слоя жидкости на тарелке и паросодержания барботажного слоя
Высоту светлого слоя жидкости h0 для ситчатых тарелок находят по уравнению:
где –удельный расход жидкости на 1 м ширины переливной перегородки, м2/с;
b – ширина переливной перегородки, м;
высота переливной перегородки, м;
поверхностное натяжение уксусной кислоты и воды соответственно при средних температурах в колонне;
Для верхней части колонны:
Для нижней части колонны:
Паросодержание барботажного слоя ε находят по формуле:
Для верхней части колонны:
Для нижней части колонны:
5. Расчет коэффициентов массопередачи и высоты колонны
Коэффициент диффузии в жидкости при средней температуре равен:
где средняя температура по НК и ВК компонентам,0С;
Dх20 – коэффициенты диффузии в жидкости при 20 0С можно вычислить по приближенной формуле:
где А, В – коэффициенты, зависящие от свойств растворенного вещества и растворителя;
νнк, νвк – мольные объемы компонентов в жидком состоянии при температуре кипения, см3/моль;
суммарный средний коэф. динамической вязкости уксусной кислоты и воды при ,
Для уксусной кислоты:
b -температурный коэффициент определяют по формуле:
гдесуммарная средняя плотность уксусной кислоты и воды при,
Коэффициент диффузии в паровой фазе может быть вычислен по уравнению:
где Т – средняя температура в соответствующей части колонны, К;
Р – абсолютное давление в колонне, 105 Па.
Тогда в верхней части колонны и нижней части колонныравен:
Коэффициенты массоотдачи в жидкой фазе:
Коэффициенты массоотдачи в паровой фазе:
Вязкость паров для верхней части колонны:
Вязкость паров:
Плотность орошения:
Для нижней части колонны:
коэффициент массоотдачи в жидкой фазе
коэффициент массоотдачи в паровой фазе
Пересчитаем коэффициенты массоотдачи на кмоль/(м2·с):
Для верхней части колонны:
Для нижней части колонны:
6. Построение кинетической линии и определение числа действительных тарелок
Число действительных тарелок определяют графоаналитическим методом (построением кинетической кривой).Для этого необходимо рассчитать общую эффективность массопередачи на тарелке по Мерфи (к.п.д. по Мерфи). Для перекрестного и перекрестно-прямоточного движения потоков пара и жидкости без учета влияния брызгоуноса эффективность по Мерфи вычисляется по формуле:
где
локальная эффективность контакта по пару;
число секций полного перемешивания;
доля байпасирующей жидкости, характеризующая степень поперечной неравномерности потока; (в нашем случае –с ситчатыми тарелками -примем её равной 0);
фактор массопередачи;
коэффициенты распределения компонента по фазам в условиях равновесия;
соотношение мольных нагрузок по пару и жидкости;
Для верхней части колонны:
.
Для нижней части:
.
Коэффициенты массоотдачи, рассчитанные по средним значениям скоростей и физическим свойствам паровой и жидкой фазы, постоянны для верхней и нижней частей колонны. В то же время коэффициент массопередачи – величина переменная, зависящая от кривизны линии равновесия. Поэтому для определения данных, по которым строится кинетическая линия, необходимо вычислить несколько значений коэффициентов массопередачи в интервале изменения состава жидкости от до . Задаёмся различными значениями х и определяем коэффициенты распределенияm, как тангенс угла наклона равновесной линии в определенной нами точке.
Таблица 3
|
Нижняя часть колонны |
Верхняя часть колонны | ||||
x |
0,16 |
0,35 |
0,5 |
0,75 |
0,9 | |
m |
1,44 |
1,08 |
1,05 |
0,67 |
0,6 | |
Kyf |
0,073 |
0,075 |
0,071 |
0,074 |
0,075 | |
noy |
1,397 |
1,435 |
1,324 |
1,38 |
1,399 | |
Ey |
0,753 |
0,762 |
0,734 |
0,749 |
0,753 | |
λ |
1,168 |
0,876 |
1,344 |
0,858 |
0,768 | |
B’ |
0,879 |
0,668 |
0,986 |
0,643 |
0,578 | |
E‘my |
1,04 |
0,98 |
1,16 |
0,95 |
0,93 | |
Emy |
1,04 |
0,98 |
1,16 |
0,95 |
0,93 | |
0,25 |
0,48 |
0,635 |
0,83 |
0,985 | ||
0,16 |
0,4 |
0,585 |
0,795 |
0,98 | ||
yвых |
0,254 |
0,478 |
0,643 |
0,828 |
0,985 | |
yк |
0,24 |
0,46 |
0,62 |
0,82 |
0,97 |
Коэффициент массопередачи Kyf в верхней и нижней частях колонны:
Общее число единиц переноса на тарелку:
Локальная эффективность Ey рассчитывается по формуле:
Фактор массопередачи для верхней части:
Фактор массопередачи для нижней части:
Так как доля байпасирующей жидкости
Для колонн диаметром более 600мм с ситчатыми и клапанными тарелками отсутствуют надёжные данные по продольному перемешиванию жидкости, поэтому с достаточной степенью приближения можно считать, что одна ячейка перемешивания соответствует длине пути жидкости l=300-400 мм. Примем l=350 мм и определим число ячеек полного перемешивания S как отношение длины пути жидкости на тарелке к длинеl.Определим длину пути жидкости как расстояние между переливными устройствами:
Эффективность по Мерфи с учетом перемешивания на тарелке :
Эффективность по Мерфи с учетом байпасирующего потока жидкости и при принятом условии, что:Зная эффективность по Мерфи, можно определить концентрацию парана выходе с тарелки из соотношения:
,
где концентрация пара соответственно на входе на тарелку и равновесная с жидкостью на тарелке.
Однако действительная концентрация пара будет отличаться от, вычисленной по значениям, вследствие явления обратного перемешиванию жидкости в колонне, вызванного брызгоуносом. Влияние брызгоуноса может быть учтено соотношением:
где - действительная концентрация пара на выходе из тарелки (ордината точки на кинетической линии), кмоль/ кмоль смеси;
- состав жидкости на тарелке, кмоль/ кмоль смеси;
- относительный унос жидкости, кмоль/ кмоль пара. Относительный унос жидкости в тарельчатых колоннах определяется в основном скоростью пара. В настоящее время нет надёжных зависимостей, учитывающих влияние физических свойств потоков на унос, особенно для процесса ректификации. Для этих процессов унос можно оценивать с помощью графических данных:
По этим данным унос на тарелках различных конструкций является функцией комплекса Коэффициентm, учитывающий влияние на унос физических свойств жидкости и пара, определяют по уравнению:
Высота сепарационного пространства равна расстоянию между верхним уровнем барботажного слоя и плоскостью расположенной выше тарелки:
где межтарельчатое расстояние, м; в соответствии с каталогом [10] для колонны диаметром 1800 мм расстояние;
Таким образом, действительная концентрация пара равна:
По значениям ина диаграмму х-у наносят точки, по которым проводят кинетическую линию. Построением ступеней между рабочей и кинетической линиями в интервалах отдоопределяют число действительных тарелокдля верхней (укрепляющей) части и в интервалах отдо- число действительных тарелокдля нижней (исчерпывающей) части колонны. Общее число действительных тарелокравно:
Высоту тарельчатой ректификационной колонны определяют по формуле:
где -расстояние между тарелками, м;
- расстояние соответственно между верхней тарелкой и крышкой колонны и между днищем колонны и нижней тарелкой, м.