Проектирование ректификационной установки для непрерывного разделения смеси: бензол-уксусная кислота под атмосферным давлением

 скорость газа(пара), отнесённая  к единице площади поперечного  сечения колонны,  .

Высота сепарационного пространства определяется по формуле:

 

  (51)

 

Значение данной функции по рис.5 равно 70

По формуле (50) определим  брызгоунос для колонны:

 

 

Величина уноса приемлема: не превышает 

 

 

4. Захлебывание

Чтобы убедиться в  том, что колонна работает без  захлёбывания, необходимо проверить  высоту слоя жидкости в сливном устройстве, определить вылет ниспадающей струи  жидкости и рассчитать время пребывания жидкости в переливном устройстве. Можно ограничиться расчетом времени пребывания по соотношению:

ректификация  колпачковый тарелка дефлегматор

  (52)

 

и сравнить его с допустимым значением:

 

  (53)

 

где расстояние между тарелками, м;

 площадь сечения перелива,

коэффициент, характеризующий вспениваемость жидкости в переливном устройстве;

  время, выраженное в с.

 

 

 

 

Для нормальной работы без  захлёбывания необходимо, чтобы выполнялось  условие .

Максимально допустимая скорость жидкости в переливном устройстве выбирается по наименьшей величине рассчитанной по трём соотношениям:

 

  (54)

  (55)

  (56)

 

где максимально допустимая скорость жидкости в переливном устройстве, расстояние между тарелками, м;

коэффициент, значения которого зависят  от свойств разделяемой смеси  и изменяется в пределах от 0,6 до 1.

Для проектного расчёта  рекомендуется принять .

По соотношениям (54)-(56) рассчитаем максимально допустимая скорость жидкости в переливном устройстве:

 

 

 

 

 

 

Фактическая скорость жидкости в переливном устройстве определяется по соотношению:

 

  (57)

 

где объемный расход жидкости,

площадь сечения перелива, .

При этом должно выполняться  условие: .

 

 условие выполняется

 

 

5. Определение кинетических параметров

Независимо от того, каким  способом находятся число реальных тарелок или ступеней, необходимо определить коэффициенты массоотдачи. Сложность расчета коэффициентов  массоотдачи заключается прежде всего в том, что отсутствуют  обобщенные закономерности для определения кинетических коэффициентов процесса ректификации. В наибольшей степени это относится к колоннам диаметром более 0,8 м. Большинство рекомендаций сводится к использованию для расчета ректификационных колонн кинетических зависимостей, полученных при исследованиях абсорбционных процессов.

Коэффициент масоотдачи пара можно рассчитать по следующему соотношению:

 

,  (58) 

 

где диффузионный критерий Пекле;

рабочая скорость газа (пара), отнесенная к единице рабочей площади тарелки, ; высота газожидкостного (барботажного) слоя, м;

коэффициент диффузии для газовой (паровой) фазы,

 

 

 

Теперь по соотношению (58) рассчитаем коэффициент массоотдачи :

 

 

 

Коэффициент масоотдачи жидкости можно рассчитать по следующему соотношению:

 

,       (59)

 

где диффузионный критерий Пекле; высота газожидкостного (барботажного) слоя, м; коэффициент диффузии для жидкой фазы, ; плотность орошения,

 

 

 

Теперь по соотношению (59) рассчитаем коэффициент массоотдачи :

 

 

 

6. Локальная эффективность тарелки

Локальная эффективность  зависит от модели структуры потока, принятой для газовой(паровой) фазы (для жидкости предполагается полное перемешивание):

для модели идеального вытеснения:

 

,    (60)

 

где общее число единиц переноса по газовой (паровой) фазе на тарелке.

Общее число единиц переноса можно рассчитать по уравнению:

 

  (61)

 

где число единиц переноса по газовой (паровой) и жидкой фазам на тарелке;

тангенсы угла наклона соответственно рабочей и равновесной линий.

Частные числа единиц переноса определяются либо по эмпирическим формулам, либо по уравнениям:

 

   (62)

  (63)

 

где коэффициенты массоотдачи по газовой (паровой) и жидкой фазам, отнесенные к единице рабочей площади тарелки, ;

рабочая скорость газа (пара), отнесенная к единице рабочей площади  тарелки, ;

 плотность орошения,

 

 

 

 

 

 

Определим тангенс угла наклона рабочей линии:

 

  (65)

 

 

Определим тангенс угла наклона равновесной линии по формуле:

 

 (66)

 

 

 

Рассчитаем общее число единиц переноса по уравнению (61):

 

 

 

 

А по уравнению (60) определим  локальные эффективности тарелок:

 

 

 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

 

7. Расчет высоты колонны

Определим число реальных ступеней по формуле:

 

   (67)

 

где число теоретических тарелок в колонне;

локальная эффективность тарелки.

 

 

 

Реальное число тарелок  в верхней части колонны 7, в нижней – 9, всего 16 тарелок.

Определение высоты тарельчатой  части колонны проводится по уравнению:

 

    (68)

 

где число реальных ступеней;

расстояние между тарелками, м. 

 

 м

 

8. Определение высоты колонны и гидравлического сопротивления

Общая высота колонны  включает высоту ее тарельчатой части  и определяют по формуле:

 

  (69)

 

где расстояния между верхней тарелкой и крышкой колонны и между днищем колонны и нижней тарелкой, м.

 

 ?????????? пересчитать

 

 

 Гидравлическое сопротивление тарелки можно определить как сумму сопротивлений:

 

  (70)

 

где сопротивление сухой тарелки, Па;

 сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения, Па (т.к. его значение пренебрежимо мало в проектировочных расчётах его не учитывают); сопротивление газожидкостного(барботажного) слоя, Па.

Сопротивление сухой  тарелки определяется по уравнению:

 

  (71)

 

где скорость газа (пара) в свободном сечении тарелки; коэффициент сопротивления (для колпачковых тарелок ).

 

 Па

 

Сопротивление газожидкостного (барботажного) слоя принимают равным статическому давлению слоя:

 

  (72)

 

где плотность жидкости, высота светлого слоя жидкости,м.

 

 Па

 

По уравнению (70) определим  сопротивление тарелок:

 

 1145Па  

?????

Гидравлическое сопротивление колонны для процесса ректификации в простой полной колонне определяют по формуле:

 

   (73)

 

где гидравлическое сопротивление тарелки соответственно верхней и нижней части колонны, Па; число реальных тарелок (ступеней) в верхней и нижней частях колонны.

 

 ????????????????

 

3.6 Подробный  расчет дефлегматора

 

3.6.1 Температурная  схема процесса

Рассчитаем среднюю  движущую силу теплопередачи:

 

 

 

 

 

Определяющие температуры:

 

 

 

 

3.6.2 Выбор теплообменника

Теплофизические свойства воды при определяющей температуре:

 

 

   (74)

 

где удельная теплоемкость воды при , ; коэффициент динамической вязкости воды при ;

  коэффициент теплопроводности воды при температуре,

 

 

 

Теплофизические свойства дистиллята при определяющей температуре:

По уравнению (14) плотность  смеси:

 

 

 

 

 

По уравнению (15) Рассчитаем коэффициент динамической вязкости:

 

 

 

 

Рассчитаем коэффициент  теплопроводности:

 

 

 
 (75)

 

где коэффициенты теплопроводности ацетона и уксусной кислоты при температуре , ;

массовая доля дистиллята.

 

 

 

Из пункта 3.4 «Тепловой  расчет установки» , определим расход охлаждающей воды при нагреве на градусов:

 

  (76)

 

где расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре, Вт; удельная теплоемкость воды при , ; начальная и конечная температура воды,

 

 

 

Примем  и рассчитаем площадь теплообмена:

 

   (77)

 

где расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре, Вт; коэффициент теплопередачи, ;

 средняя температура теплопередачи, .

 

 

 

Задаваясь значением  критерия Рейнольдса Re = 10 000 (что соответствует развитому турбулентному режиму течения воды в трубах), определим ориентировочную площадь проходного сечения одного хода по трубам для конденсатора из труб диаметром d = 20× 2 мм:

 

   (78)

 

где расход охлаждающей воды при нагреве на градусов, внутренний диаметр труб, м;

  коэффициент динамической вязкости воды при .

 

 

 

По ГОСТу 15121-79 выбрала  конденсатор, у которого площадь  теплообмена больше , а площадь проходного сечения одного хода меньше :

 

Поверхность теплообмена (по наружному диаметру труб), м2			63
D кожуха, мм	600	Общее число труб	334
d труб, мм	20×2	Длина труб L, м	3
Число ходов	4	St, м2	1,6
Число рядов труб,			18

 

3.6.3 Расчет  коэффициентов теплоотдачи

Определим скорость воды в трубном пространстве, а затем и число Re для воды, которая подается в трубное пространство:

 

  (79)

 

где расход охлаждающей воды при нагреве на градусов, плотность воды при

 площадь проходного сечения  одного хода, выбранного конденсатора, м.