1.3 Определим высоту колонны
Высоту колонны определим графо- аналитическим методом, т.е. последовательно рассчитываем коэффициенты массоотдачи, массопередачи, коэффициенты действия тарелок; строим кинетическую кривую и определяем число действительных тарелок.
Коэффициент массоотдачи в паровой фазе рассчитывают по формуле:
где - коэффициент диффузии паров в метиловом спирте, рассчитывается по формуле:
- критерий Рейнольдса для паровой фазы
,
где - коэффициент динамической вязкости смеси метилового и этилового спиртов при средней температуре.
Вязкость рассчитывают по формулам:
,
где - мольные массы пара и отдельных компонентов, кг/кмоль; мср.п ,мА, мВ - соответствующие им динамические коэффициенты вязкости:
в верхней части колоны при температуре t=71,40С
мАп= 0,010946 мПа?с, мВп= 0,010047 мПа?с
в нижней части колонны при t=76,80С
мАп= 0,01112 мПа?с, мВп= 0,01022 мПа?с;
yА, yВ - объемные доли компонентов в паровой смеси.
Тогда:
Рассчитываем коэффициент диффузии паров по формуле:
Критерий Рейнольдса для паровой фазы:
Рассчитав все эти величины, определим и коэффициент массоотдачи в паровой в верхней и нижней частях колонны фазе по уравнениям:
Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе:
гдеDж- коэффициент диффузии метилового спирта в жидком этиловом спирте, м/с2; Мж.ср.- средняя мольная масса жидкости в колоне, кг/кмоль
Pr/ ж- диффузионный критерий Прандля
Коэффициент диффузии пара в жидкости Dt связан с коэффициентом диффузии D20 следующей приближенной зависимостью:
где b- температурный коэффициент. Определяется по формуле:
где мж- динамический коэффициент вязкости жидкости при 200С, мПа?с; с- плотность жидкости, кг/м3.
Коэффициент диффузии в жидкости при 200С можно определять по формуле:
где мж- динамический коэффициент вязкости жидкости, мПа?с; нА, нВ- мольные объемы компонентов А и В;А и В - коэффициенты, зависящие от свойств растворенного вещества и растворителя; МА, МВ- мольные массы растворенного вещества и растворителя.
Динамический коэффициент вязкости жидкости:
где мА, мВ- коэффициенты динамической вязкости компонентов А и В при соответствующей температуре [2, c.516].
Коэффициент динамической вязкости жидкости для верхней и нижней части колонны при температуре 200С равен:
Коэффициент диффузии метилового спирта в жидком этиловом спирте при 200С для верхней и нижней чисти колонны:
Расчет коэффициента b.Для верхней и нижней части колонны:
Коэффициент диффузии метилового спирта в жидком этиловом спирте при средней температуре для верхней и нижней части колонны:
Рассчитываем коэффициент динамической вязкости жидкости в верхней и нижней части колонны при средней температуре:
при 700С: мА=0,321 мПа?с; мВ=0,625 мПа?с
при 76,60С: мА=0,321 мПа?с; мВ=0,56 мПа?с
Критерий Прандля для верхней и нижней части колонны:
Средняя мольная масса жидкости в верхней и нижней части колонны:
Рассчитав все величины, определяем коэффициент массоотдачи в жидкой фазе по уравнению:
Коэффициенты массопередачи определяем по уравнению:
где m - тангенс угла наклона линии равновесия на рабочем участке.
Для определения угла наклона разбиваем ось х на участки и для каждого из них находим среднее значение тангенса как отношение разности ординат (у*-у) к разности абсцисс (х-х*), т.е.
Подставляем найденные значения коэффициентов массоотдачи вп и вж и тангенсов углов линии равновесия в уравнение, находим величину коэффициента массопередачи для каждого значения х в пределах от 0,07 до 0,95.
Полученные данные используем для определения числа единиц переноса nу в паровой фазе:
где ц - отношение рабочей площади к свободному сечению колонны, равному 0,8.
Допуская полное перемешивание жидкости на тарелке имеем:
где з=АВ/АС - КПД тарелки.
Результаты всех расчетов сводим в таблицу 3.1
Таблица - Параметры, необходимые для построения кинетической кривой.
х |
0,1 |
0,3 |
0,4 |
0,6 |
0,8 |
||||
tgб=m |
1 |
1,9 |
1,1 |
2,0 |
1,24 |
0,99 |
0,51 |
0,06 |
|
Ky |
0,037 |
0,026 |
0,025 |
0,021 |
0,026 |
0,028 |
0,033 |
0,041 |
|
ny |
0,65 |
0,46 |
0,43 |
0,36 |
0,44 |
0,48 |
0,57 |
0,7 |
|
з |
0,48 |
0,38 |
0,35 |
0,3 |
0,36 |
0,38 |
0,44 |
0,5 |
|
АВ, мм |
3,4 |
1,5 |
1 |
3,5 |
4,3 |
6,8 |
4,2 |
1,1 |
|
АС, мм |
7 |
2 |
8 |
14 |
10 |
19 |
19,9 |
14,1 |
Построение кинетической кривой.
Между кривой равновесия и линиями рабочих концентраций в соответствии с табличными значениями х проводим ряд прямых, параллельных оси ординат (Приложение В1).
Измеряем полученные отрезки А1В1, А2В2 и т. д. Определяем велечину отрезков А1В1, А2В2 и т. д. Через найденные для каждого значения х точки В1, В2 проводим кинетическую кривую, отображающую степень приближений фаз на тарелках равновесию.
Число реальных тарелок nД находим путем построения ступенчатой линии между кинетической кривой и рабочими линиями в пределах от 0,07 до 0,95. получаем 46 тарелки, (из которых - 33 в верхней части колонны, 13 - в нижней), которые и обеспечивают разделение смеси в заданных пределах изменения концентраций. Исходная смесь должна подаваться на 33 тарелку сверху.
Высота тарельчатой колонны:
Общая высота колонны:
где hсеп - расстояние между верхней тарелкой и крышкой колонны,(высота сепаратного пространства), принимаем 1м; hкуб - расстояние между нижней тарелкой и днищем колонны, (высота кубовой части), принимаем 2,5м [3, приложение Б6].
- Реферат
- Введение
- 1. Расчет колонны
- 1.1 Материальный баланс
- 1.3 Определим высоту колонны
- 2. Гидравлический расчет колонны
- 3. Тепловой расчет ректификационной колонны
- 3.1 Расчет тепловой изоляции колонны
- 4. Расчет вспомогательного оборудования
- 4.1 Расчет кипятильника
- 4.2 Расчет дефлегматора
- 4.3 Расчет холодильника для дистиллята
- 4.4 Расчет холодильника для кубового остатка
- 4.5 Расчет подогревателя
- Заключение
- III. Получение спирта этилового.
- 4 Этиловый спирт, свойства и характеристика. Способы получения.
- Расчет ректификационной установки для разделения бинарной смеси этиловый спирт-вода
- Пожаротушение и аварийное охлаждение ректификационной установки
- § 8. Метиловый спирт
- 3.6.2 Технология производства этилового спирта
- Работа 5.12 ректификационная установка периодического действия
- 62. Ректификационные установки для разделения многокомпонентных смесей