Курсовая работа (т): Гидравлический расчет тарелок в верхней части колонны
Далее подставляем в уравнение
общего коэффициента массопередачи полученные значения bxf,
byf
и m для различных значений x. Результаты заносим в таблицу 5.
Таблица 5.
|
x |
0,02 |
0,05 |
0,1 |
0,15 |
0,2 |
0,217 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
|
Kyf |
0,1216 |
0,1371 |
0,1611 |
0,1800 |
0,1923 |
0,1951 |
0,2016 |
0,2027 |
0,2046 |
0,2082 |
0,2102 |
0,2083 |
0,2065 |
Общее число единиц переноса на
тарелку
Далее подставляем в уравнение общее
число единиц переноса на тарелку 
и значение коэффициента
массопередачи Kyf для различных значений x. Результаты заносим в
таблицу 6.
Таблица 6.
|
x |
0,02 |
0,05 |
0,1 |
0,15 |
0,2 |
0,217 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3,87784,37345,13875,74106,13506,22426,42986,46566,52726,64166,70636,6466,586
Локальная эффективность
Принимаем для паровой фазы
модель идеального вытеснения.
Локальная эффективность для
различных значений x. Результаты заносим в таблицу 7.
Таблица 7.
|
x |
0,02 |
0,05 |
0,1 |
0,15 |
0,2 |
0,217 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,97930,98740,9940,99680,99780,9980,99840,99840,99850,99870,99880,99870,9986
Для определения эффективности по Мэрфи необходимо рассчитать фактор массопередачи, долю байпасирующей жидкости, число ячеек полого перемешивания и межтарельчатый унос.
Фактор массопередачи
;
Локальная эффективность для
различных значений x. Результаты заносим в таблицу 8.
Таблица 8.
|
x |
0,02 |
0,05 |
0,1 |
0,15 |
0,2 |
0,217 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
|
λ |
9,7616 |
7,3167 |
4,4674 |
2,7592 |
1,8232 |
1,6279 |
1,1980 |
1,1260 |
1,0038 |
0,7831 |
0,6616 |
0,7753 |
0,8901 |
Долю байпасирующей жидкости θ
для
различных конструкции можно определить в монограмме (5), при факторе скорости
F=1.662, принимаем θ=0.1.
Рис.7
Число ячеек полного перемешивания
Число ячеек полного перемешивания S. Для ситчатых тарелок в колоннах диаметром более D=0.6 м отсутствуют надежные данные при продольном 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 lт к l. Определим длину жидкости lт
как расстояние между переливными устройствами:
,
где D - диаметр колонны;
Тогда число ячеек полного
перемешивания на тарелке
.
Относительный унос жидкости
Относительный унос жидкости e в
тарельчатых колонах определяется в основном скоростью пара, высотой
сепарационного пространства и физическими свойствами жидкости и пара. В
настоящие время нет надежных зависимостей, учитывающих влияние физических
свойств потоков на унос, особенно для процессов ректификации. Для этих
процессов унос можно оценить с помощью графических данных (Дытнерский). По
данным унос на ситчатых тарелках является функцией комплекса 
.
Рис.8
Коэффициент m, учитывающий влияние на унос физических свойств жидкости и пара:
σх - поверхностное натяжение жидкости при средней температуре в колонне.
Высота сепарационного пространства.
В соответствии с каталогом [6] для колонны диаметром 1800мм расстояние Н=0,4м.
c=H-hп=
м;
Нс в=0,4-0,00931=0,39069м
Нс н=0,4-0,01149=0,38851м
Н - межтарельчатое расстояние, м; 
- высота
барботажного слоя (пены), м.
h0 в=0,787·0,2874·0,9808·0,0671·0,7006·0,8921=0,00931м
h0 н=0,787·0,3601·0,9808·0,0671·0,7·0,8878=0,01149м
- вязкость жидких смесей, мПа·с
μхв= 0,3168 мПа·с; μхн=0,2992 мПа·с
- уд. расход жидкости на 1м ширины
переливной перегородки, м2/с;
qв=1,729/(840,232·1,05)=0,00196
qн=5,959/(937,658·1,05)=0,00605
m=0.05-4.6hпер=0,05-4,6·1,05= -4,78;
Высота сепарационного слоя в нижней части колонны меньше, чем в
верхней, поэтому расчет ведем для низа колонны.
При таком значении комплекса 
унос для
всей колоны е= 0,15 кг/кг;
К.П.Д. по Мэрфри
; 
;
Эффективность по Мэрфри с учетом
перемешивания на тарелке
;
Эффективность по Мэрфри с учетом
байпасирующего потока жидкости
;
Далее подставляем в каждое уравнение
полученные значения λ,
θ, 
, S, e и m
для различных значений x. Результаты заносим в таблицу 9.
Таблица 9.
|
x |
0,02 |
0,05 |
0,1 |
0,15 |
0,2 |
0,217 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
||||||||||||
|
Kyf |
0,1216 |
0,1371 |
0,1611 |
0,1800 |
0,1923 |
0,1951 |
0,2016 |
0,2027 |
0,2046 |
0,2082 |
0,2102 |
0,2083 |
0,2065 |
||||||||||||
|
|
0,9874 |
0,9941 |
0,9968 |
0,9978 |
0,9980 |
0,9984 |
0,9984 |
0,9985 |
0,9987 |
0,9988 |
0,9987 |
0,9986 |
|
||||||||||||
|
m |
5,4231 |
4,0648 |
2,4819 |
1,5329 |
1,0129 |
0,9044 |
0,6656 |
0,6255 |
0,5577 |
0,4350 |
0,3675 |
0,4307 |
0,4945 |
||||||||||||
|
|
6,5568 |
4,1218 |
2,6424 |
1,8279 |
1,6576 |
1,2827 |
1,2198 |
1,1132 |
0,9204 |
0,8143 |
0,9137 |
1,0139 |
|
||||||||||||
|
|
7,1556 |
3,8583 |
2,4914 |
1,9140 |
1,8075 |
1,5895 |
1,5551 |
1,4981 |
1,3993 |
1,3473 |
1,3960 |
1,4465 |
|
||||||||||||
|
|
0,7853 |
0,6544 |
0,6173 |
0,6305 |
0,6390 |
0,6694 |
0,6765 |
0,6903 |
0,7218 |
0,7438 |
0,7231 |
0,7053 |
0,6008 |
0,5109 |
0,4847 |
0,4941 |
0,5001 |
0,5214 |
0,5263 |
0,5359 |
0,5577 |
0,5727 |
0,5586 |
0,5463 |
|
8,5998
11,097
0,9252
Построение кинематической линии
Зная эффективность по Мэрфри
определим концентрацию легколетучего компонента в паре на выходе из тарелки yк
по соотношению:
;
где: yвх - концентрацию
легколетучего компонента в паре на входе в тарелку.
;
Результаты заносим в таблицу 10.
Таблица 10.
|
x |
0,02 |
0,05 |
0,1 |
0,15 |
0,2 |
0,217 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
|
y |
0,0785 |
0,2043 |
0,3286 |
0,4326 |
0,5299 |
0,5575 |
0,6175 |
0,6828 |
0,7392 |
0,7912 |
0,8431 |
0,8917 |
0,9398 |
На диаграмме y - x (рис. 9)
полученные точки соединяем плавной линией. Построенная кривая является
кинетической кривой.
Рис. 9 Определение числа действительных тарелок
Число реальных тарелок, которое обеспечивает заданную четкость разделения, находим путем построения ступенчатой линии между рабочей и кинетической линиями. Построение ступенчатой линии проводим от концентраций xf, xd и от xf, xw.
Число ступеней в пределах концентраций xf…xd равно числу реальных тарелок в укрепляющей секции колонны. Число ступеней в пределах концентраций xf…xw равно числу реальных тарелок исчерпывающей секции колонны.
В результате построения получаем:
· число реальных тарелок в укрепляющей секции колонны - 8;
· число реальных тарелок в исчерпывающей секции колонны - 10;
· общее число тарелок - 18.
Высоту тарельчатой ректификационной колонны определим:
м, zв, zн -
расстояние соответственно между верхней тарелкой и крышкой колонны и между
днищем колонны и нижней тарелкой.
5.5 Определение
гидравлического сопротивления колонны
Суммарное гидравлическое
сопротивление колонны:
,
где ΔРв
и ΔРн
- гидравлическое сопротивление одной тарелки соответственно верхней и нижней
частей колонны, Па.
6. Конструктивный расчет
Расчет проходного диаметра штуцеров колонны и выбор фланцев
Основная расчетная формула
где G - объемный расход;
- рекомендуемая скорость
перекачиваемой среды (жидкости 
или пара 
);
, принимаем 
;
, принимаем 
.
Штуцер для входа исходной смеси
При tF=81.2˚C плотности
метанола и воды равны: 
, 
[5, табл. IV]. Плотность
смеси при температуре 
:
принимаем dy=65мм [7, с. 659, табл. 27.1]
Штуцер для выхода пара в дефлегматор
принимаем dy=400мм [7, с. 659, табл. 27.1]
Штуцер для входа флегмы в колонну
при
[5, с. 512, табл. IV]
принимаем dy=50мм [7, с. 659, табл. 27.1]
Штуцер для выхода кубовой жидкости
при tW=98.5˚C [5, с. 512,
табл. IV]
Так как жидкость вытекает самотеком, принимаем ωж=1м/с
принимаем dy=65мм [7, с. 659, табл. 27.1]
Штуцер для входа пара из
кипятильника
принимаем dy=400мм [7, с. 659, табл. 27.1]
Штуцер для выхода жидкости из куба
на циркуляцию
принимаем dy=55мм [7, с. 659, табл. 27.1]
Изготовление штуцеров и выбор фланцев
Для упрощения конструктивных деталей колонны, будем изготовлять штуцера из отрезков труб соответствующих диаметров. Внешний вылет штуцеров составляет » 1.5 от диаметра штуцера, внутренний - » 0.3. Чтобы предупредить попадание жидкости во внутреннее пространство штуцера, подающего циркуляционный пар, труба, из которой он изготовлен, обрезается под углом книзу.