Проект ректификационной установки непрерывного действия для разделения смеси метиловый - этиловый спирт

дипломная работа

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.пА, 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].

Делись добром ;)