Курсовая работа (т): Гидравлический расчет тарелок в верхней части колонны

кмоль/кмоль смеси;

кмоль/кмоль смеси;

Средние мольный массы пара в верхней и нижней частях колонны

кг/кмоль;

кг/кмоль;

Средние массовые расходы пара в верхней и нижней частях колонны

 кг/с;

 кг/с;

.4 Диаметр колонны и скорость пара

Средняя температура верха и низа колонны

Построим диаграмму зависимости концентраций в паровой и жидкой фазе от температуры :

Рис. 5 Диаграмма зависимости концентраций в паровой и жидкой фазе от температуры

Из рис. 8 температура в средней части колонны равна t_F=81,2˚C, в верхней части температура t_D=65,8˚C и в нижней части температура t_W=98,5˚C. Тогда средние температуры равны:

Средние плотности жидкой и паровой фазы

Плотность жидкой фазы в верхней части колонны

При средней температуре верхней части 73,5°С, плотности жидких метанола и воды равны соответственно: ρ_x,Mв=740 кг/м³ и ρ_х,Н2Ов = 975,28 кг/моль [5, с. 512, табл. IV]

По закону аддитивности:

ρ_х,в = 740·0,574+975,28·(1 - 0,574) = 840,232 кг/м³

Плотность жидкой фазы в нижней части колонны

При средней температуре нижней части 89,85°С, плотности жидких метанола и воды равны соответственно: ρ_x,Mн = 752 кг/м³ и ρ_х,Н2Он = 965,06 кг/м³ [5, с. 512, табл. IV]

По закону аддитивности:

ρ_{х, н} =725·0,114+965,06·(1- 0,114) = 937,658 кг/м³

Принимаем среднюю плотность жидкости в колонне:

Плотность паровой фазы в верхней и нижней части колонны

Средняя плотность пара в колонне:

Расчет скорости пара и диаметра колонны

Допустимая скорость в верхней и нижней частях колонны соответственно равна:

м/с

м/с

В расчете используем среднюю скорость

Принимаем средний массовый поток пара G равным полусумме G_в и G_н:

Ориентировочный диаметр колонны определяют из уравнения расхода:

;

.5 Выбор тарелки и определение скорости пара в рабочем сечении

Выберем ситчатую однопоточную тарелку типа ТС-Р по ОСТ 26-808-73 для колонны диаметром d=1800мм с конструктивными размерами [6]

Таблица 3

Действительная рабочая скорость пара:

Скорость пара в рабочем сечении тарелки:

5.      Гидравлический расчет

Общее гидравлическое сопротивление тарелки определяется по формуле:

где: DP_сух - сопротивление сухой тарелки, Па;

DР_s - сопротивление, вызванное силами поверхностного натяжения, Па;

DР_пж - статическое сопротивление слоя жидкости на тарелке, Па;

.1 Гидравлический расчет тарелок в верхней части колонны

Гидравлическое сопротивление сухой тарелки:

Па;

где: x - коэффициент сопротивления, для ситчатой тарелки принимаем равным 1,85

r_у - средняя плотность пара в верхней части колонны;

ω_т - скорость пара в колонне;

Гидравлическое сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения:

Па;

поверхностное натяжение s =Н/м при средней температуре 73,8˚С.

Гидравлическое сопротивление парожидкостного слоя на тарелке:

;

Высота парожидкостного слоя h_пж по рисунку 6

Рис. 6

м;

Величину Δh - высота слоя над сливной перегородки рассчитываем по формуле:

м;

_x - Объемный расход жидкости в верхней части колонны, k =ρ_пж/ρ_х - отношение плотности парожидкостного слоя (пены) к плотности жидкости, принимаемое приближено равным 0,5; П - периметр сливной перегородки.

м³/с;

Следовательно, гидравлическое сопротивление парожидкостного слоя на тарелке:

Па;

Следовательно, общее гидравлическое сопротивление тарелки:Па;

.2 Гидравлический расчет тарелок в нижней части колонны

Гидравлическое сопротивление сухой тарелки:

Па;

где: x - коэффициент сопротивления, для ситчатой тарелки принимаем равным 1.85

r_у - средняя плотность пара в нижней части колонны;

ω_т - скорость пара в колонне;

Гидравлическое сопротивление обусловленное силами поверхностного натяжения:

Па;

где поверхностное натяжение s = Н/м при средней температуре 90,05˚С.

Гидравлическое сопротивление парожидкостного слоя на тарелке:

;

Высота парожидкостного слоя h_пж по рисунку 6

м;

Величину Δh - высота слоя над сливной перегородки рассчитываем по формуле:

м;

_x - Объемный расход жидкости, k =ρ_пж/ρ_х - отношение плотности парожидкостного слоя (пены) к плотности жидкости, принимаемое приближено равным 0,5; П - периметр сливной перегородки.

м³/с;

Следовательно, гидравлическое сопротивление парожидкостного слоя на тарелке:

Па;

Па

среднее гидравлическое сопротивление тарелки будет:

Па;

.3 Минимальное расстояние между тарелками

Проверяем выбранное расстояние между тарелками: минимальное расстояние между ними должно быть равным:

м;

Выбранное ранее расстояние между тарелками H_мин = 500 мм подходит.

.4 Высота колонны

Молярный расход пара по колонне:

 кг^.моль/с;

Рабочая площадь тарелки:

 м²;

Фактор скорости для ситчатых тарелок:

;

Определение вязкости пара в укрепляющей и исчерпывающей части колонны

Определим коэффициент динамической вязкости для пара в укрепляющей части колонны:

мПа^.с;

где коэффициент динамической вязкости метилового спирта мПа^.с, коэффициент динамической вязкости воды мПа^.с при средних температурах в укрепляющей части колонны (73,5˚C).

Определим коэффициент динамической вязкости для пара в исчерпывающей части колонны:

 мПа^.с;

где коэффициент динамической вязкости метилового спиртамПа^.с, коэффициент динамической вязкости воды мПа^.с при средних температурах в исчерпывающей части колонны (89,85˚С).

Коэффициент диффузии жидкости и пара при средней температуре

Для того чтобы определить коэффициент диффузии при средней температуре, необходимо рассчитать коэффициент диффузии D_x20 при 20^оС:

м²/с;

,- диффузные мольные объемы компонентов в жидкой фазе при температурах кипения см³/моль, μ_х = 0,597 мПа^.с - средний коэффициент динамической вязкости при 20⁰С, А=1,19, В=4,70;

Температурный коэффициент b:

 м²/с;

Коэффициент диффузии при средней температуре:

 м²/с;

 м²/с;

Коэффициент диффузии пара при средней температуре;

м²/с, где

Т - средняя температура, Р - абсолютное давление в колонне, Па,

Р=0,3МПа.

D_yв=2,4519·10^-5м²/с;

D_ун=2,6262·10^-5м²/с.

Коэффициент массоотдачи и массопередачи

Рассчитав коэффициенты молекулярной диффузии в жидкой D_x и паровой D_y фазах, вычисляем коэффициенты массоотдачи, отнесённые к единице рабочей поверхности тарелки для жидкой и паровой фаз:

;

Паросодержание барботажного слоя ε находим по формуле

;    [4,с.132]

Для верхней части колонны

; =;

Для нижней части колонны

; =;

Пересчитаем коэффициенты массоотдачи на кмоль/(м²·с):

Общий коэффициент массопередачи K_yf:

; ,

где m - тангенс угла наклона линии равновесия;

Так как величина m является переменной по высоте колонны, находим ее значения для различных концентраций, используя диаграмму y - x. Предварительно на диаграмму наложим кривую равновесия и линии рабочих концентраций при рабочем значении флегмового числа R = 1.25 (рис.7). В пределах от x_W до x_D выбираем ряд значений x. Для каждого значения x определяем по диаграмме величины (y* - y) и (x - x*) как разность между равновесной и рабочей линиями, а затем по этим значениям находим m (Таблица 4).

Таблица 4.