Ректификационная установка для разделения бензол -толуол

   b= 0,2 / =  0,2 / = 0,0179

   D_ж = 19,7*10^-9 [1+0,0179( 95-20)]= 46,1*10^-9 м²/с;

   t- температура кипения исходной смеси (t_F = 95°C)

   Динамический  коэффициент вязкости паровой фазы μ_п :

   М_п / μ_п = y_а М_а / μ_а + y_b М_b / μ_b

   μ_а = 0,9*10^-6 Па*с ; μ_b = 1,0*10^-6 Па*с;

   91,9 / μ_п = 0,75* 78,1 / 0,9*10^-6 + 0,25*92,1/ 1,0*10^-6

   μ_п = 1,04*10^-6 Па*с;

   Из  рисунка 1 y_F = 0.54, тогда М_рy = 0.54(78,1+92,1)= 91,9 г/моль;

   Динамический  коэффициент вязкости жидкой фазы:

   lg μ_ж = Х_а lg μ_а + Х_b lg μ_b;

   μ_а = 0,26*10^-3 Па*с ; μ_b = 0,26*10^-3 Па*с;

   lg μ_ж = 0,4 lg (0,26*10^-3) + 0,6 lg (0,26*10^-3) = -3,58

   μ_ж = 2,6*10^-4 Па*с;

   Критерий  Рейнольдса для паровой фазы:

   R_еп = W_п l ρ_п /μ_п = 0,4*1*2,79/1,04*10^-6 = 107308

   Коэффициент массоотдачи по паровой фазе β_nf :

   β_nf =  (0,79*107308 + 1,1*10⁴) = 0,023 кмоль/(м²с)

   Критерий  Прандтля для жидкой фазы:

   Р_rg = μ_ж / (D_ж* ρ_ж) = 2,6*10^-4 / (46,1*10^-9 *797,5) = 7,07

   В качестве ρ_ж примем плотность жидкой фазы на питающей тарелке:

   ρ_жF = 1/((х_а́ /ρ_а)+( 1- х_а́/ ρ_в))

   х_а́ = М_а Х_а /( М_а Х_а +М_в (1-X_а) =78,1*0,4 /( 78,1*0,4 +92,1 (1-0,4) = 0,36

   ρ_жF = 1/((0,36/800)+( (1- 0,36)/800)= 800 кг/м³;

   ρ_а – плотность бензола при 95°С

   Коэффициент массотдачи по жидкой фазе:

   β_жf = (3,8*10⁴ * 800*46,1*10^-9 * 7,07^0.62 )/ 86,5 = 5,4*10^-2 кмоль/(м²с)

   M_ж = М_F = 78,1*0.4+92,1(1-0.4)=86,5 кг/моль;

   Результаты  расчёта кинетической линии приведены  в таблице. Значения х выбираются произвольно с тем , чтобы получить при построении кривой не менее 10 точек.

   Коэффициент распределения:

   m=

   Ниже  приводится пример расчёта для концентрации распределяемого компонента в жидкой фазе равной 0,06.

   m= = 1,8

   Коэффициент массопередачи равен:

   K_yf = 1/ (1/β_пf +m/ β_жf ) = 1/ (1/0,023 + 1,0/ 0,054) =0,013 кмоль/(м²с)

   Число единиц переноса:

   n_oy = 22.4P_o T K_yf φ /(PT_o W_п) = 22.4* 368*0,013* 0,24 /(273* 0,4) =  18,1 K_yf = 0,24

   φ= 24*π 0,08²/4 / 0,503 = 0,24

   е^noy = e ^0.24 = 1.26

   Замеряются  отрезки АС [8; 36], равных расстоянию по вертикали между равновесной  и рабочей линиями для принятых значений х по уравнению:

   ВС = АС/ е^noy = 14/1.005=13,9 мм

     кинетической линиями и на  диаграмму  “ y(y*) – х” наносятся точки , соответствующие положению кинетической линии. Поскольку расстояние между точками мало, диаграмма строится в увеличенном масштабе. Затем проводится кинетическая линия и графическим методом определяется действительное число тарелок.

   Таблица «Построение кинетической линии».

    

         Рис.2.«Графическое определение действительного числа  тарелок для верхней части  колонны»

     
 

   Рис.3.«Графическое определение действительного числа  тарелок для нижней части колонны» 

   

   Число тарелок в верхней части колонны  n₂ = 12

   Число тарелок в нижней  части колонны  n₁ = 15

   Н = Н_т n_т=0,3*(15+12)=8,1 м

   Высота  цилиндрической высота аппарата 8,1м, диаметр люка не более 500мм. 

3.7. Определение гидравлического сопротивления колонны.

   Суммарное гидравлическое сопротивление колонны:

   где: n – общее число тарелок в колонне, равное 27.

ΔР_кол = ΔР_тар * n = 298,1 *27=8048,7 Па. 
 

4. Расчет проходного  диаметра штуцеров  колонны и выбор  фланцев.

   4.5.1 Штуцер для входа исходной  смеси.

                                          d_и =

   где:  V_и – объемный расход исходной смеси, м³/с ;

        w_и – скорость потока, принимаем скорость равной 0,1 м/с(самотёк);

        G_и – массовый расход исходной смеси, кг/с;

        r_и – плотность исходной смеси, кг/м³;

        ρ = 800 кг/м³

        V_и = G_и / ρ_и = 1200/(3600*800)=0,417*10^-3 м³/с

        d_и = = 0,07 м

    Принимаем диаметр штуцера d_и = 100 мм. 

   4.1 Штуцер для выхода пара в  дефлегматор

                                          d_и =

   где: V_п - объемный расход пара, м³/с ;

   V_п = 0,17 м³/с

        d_и = = 0,084

    Принимаем диаметр штуцера d_п = 100 мм. 

    4.2 Штуцер для входа флегмы в  колонну

                                      d_ф =

    где: Vф – объемный расход флегмы, м³/с;

        Ф – массовый расход флегмы, кг/с;

        V_ф = G_ф/ρ_ф =1103/(3600*793)=3,86*10^-4 м³/с

        ρ_ф =793 кг/м³;

        Ф=L/3600=1103/3600=0,31 кг/с

        d_ф = = 0,07

    Принимаем диаметр штуцера d_ф = 100 мм. 

        4.3 Штуцер для выхода  кубовой жидкости

                                  d_к =

    где: V_к – объемный расход кубовой жидкости, м³/с;

    G_к – массовый расход кубовой жидкости, кг/с;

        G_к = G_W + L + G_F = 710+ 1103+1200=3013 кг/ч

        V_к = G_к/ρ_к = 3013 /(3600*793)=1,1*10^-3 м³/с

        G_w – массовый  расход кубового остатка, кг/ч;

        L  - массовый расход флегмы, кг/ч;

        Wк – скорость истечения. Так как жидкость выходит самотеком, принимаем 0.1 м/с.

        d_к = =0,12м

        Принимаем диаметр  штуцера  d_к = 100 мм

    4.4 Штуцер для входа пара из  кипятильника

                                  d_к =

    где: V_ц – объемный расход пара, выходящего из кипятильника, м³/с;

        G_ц – массовый расход циркуляционного пара кг/с;

        V_ц = G_ц / ρ_ц

        G_ц = G_к – G_куб = 3013 – 710=2303 кг/ч

        G_куб = G_w

        r_п – плотность пара из кипятильника, кг/м³;

        ρ_п = =   = 2,94 кг/м³

        V_ц = 2303 /(3600*2,94)=0,22 м³/с

        M_ср – молярная масса пара;

        W_ц – скорость входа потока пара из кипятильника, принимаем 25 м/с.

        d_ц = = 0,096

    Принимаем диаметр штуцера d_ц = 100 мм. 

    4.5 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.

    К выступающим отрезкам труб привариваются  фланцы плоские стальные (4, стр. 547). 
 

Список  литературы:

1. «Основные процессы и аппараты химической технологии», пособие по проектированию под ред. Ю. И. Дытнерского. М., «Химия» 1991 г.
2. К.Ф. Павлов, П. Г. Романков, А. А. Носков. «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии». Л., «Химия», 1987г.
3. Г. Я. Рудов, Д. А. Баранов. «Расчет тарельчато ректификационной колонны», методические указания. М., МГУИЭ, 1998г.
4. А. А. Лащинский, А. Р. Толчинский. «Основы конструирования и расчета химической аппаратуры». М, 1968г.
5. «Краткий справочник физико-химических величин». М., «Химия», 1967г.
6. Каталог «Кожухотрубчатые теплообменные аппараты общего и специального назначения». М., «ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ», 1991г.
7. Каталог «Емскостная стальная сварная аппаратура». М., «ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ», 1969г.
8. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей./Под ред. Н. Б. Вартифтика.2-е изд.,пер. и доп.- М.: Наука,1972,720 стр.