Рис. 1.2 – Построение рабочей линии при минимальном флегмовом числе
Координаты точки пересечения линии питания и равновесной линии: X*= 0,1, Y*= 0,75.
Минимальное флегмовое число: Rmin = 2,44
1.3. Определение условно - оптимального флегмового числа
Оптимальное флегмовое число определяем с помощью программы. Запишем уравнение рабочей линии верхней (укрепляющей) части колонны:
|
R |
Xp |
|
y = |
R + 1 x + |
R + 1 |
= 0,78х+0,21 |
R = 3,57
Координаты точки питания (xТП; yТП) = (0,22; 0,39)
8
Рис. 1.3. Определение условно – оптимального флегмового числа
1.4. Расчёт средних массовых потоков жидкости и пара
Определим средний мольный состав жидкости соответственно в верхней и нижней части колонны:
x |
|
= xP + xТП = 0,975 + 0,22 |
= 0,6 |
|
кмоль |
|
ср.в |
2 |
2 |
|
кмоль смеси |
||
|
|
|
||||
x |
= xТП + xW = 0,22 + 0,00249 |
= 0,11 |
кмоль |
|||
ср.н |
|
2 |
2 |
|
|
кмоль смеси |
|
|
|
|
|||
Определим средние мольные массы жидкости в верхней и нижней части колонны:
MB = MНК · Xср.в + MВК · (1 − Xср.в) = 58,08 · 0,6 + 18 · (1 − 0,6) = 42 кмоль
MH = MНК · Xср.н + MBК · (1 − Xср.н) = 58,08 · 0,11 + 18 · (1 − 0,11) = 22,4 кмоль
Мольная масса питающей жидкости на входе в колонну:
9
MF = MНК · xТП + MBК · (1 − xТП) = 58,08 · 0,22 + 18 · (1 − 0,22) = 26,8 |
кмоль |
||||||
|
|
|
|
|
|
||
|
Средние массовые расходы по жидкости для верхней и нижней части |
|
|||||
колонны определим по формуле: |
|
|
|
|
|
||
|
LB = P · R · MB = 3,77 · 3,57 · 42 |
= 9,92 кг |
|
|
|||
|
|
MP |
57 |
|
с |
|
|
LH = |
P · R · MH + |
F · MH · (1 − φ) = 3,77 · 3,57 · 22,4 + 7 · 22,4 |
· (1 − 0,25) = 9,68 |
кг |
|||
|
MP |
MF |
57 |
26,8 |
|
|
с |
Определим средний мольный состав пара соответственно в верхней и нижней части колонны:
y |
|
= yP + yТП = 0,975 + 0,39 |
= 0,68 |
|
кмоль |
|
ср.в |
2 |
2 |
|
кмоль смеси |
||
|
|
|
||||
y |
= yТП + yW = 0,39 + 0,00249 |
= 0,191 |
кмоль |
|||
ср.н |
|
2 |
2 |
|
|
кмоль смеси |
|
|
|
|
|||
Средние мольные массы паров в верхней и нижней части колонны определим по формуле:
M′B" = MНК · yср.в + MBК · (1 − yср.в) = 58,08 · 0,68 + 18 · (1 − 0,68) = 45,2 кмоль
M′H" = MНК · yср.н + MВК · (1 − yср.н) = 58,08 · 0,191 + 18 · (1 − 0,191) = 25,64 кмоль
Мольная масса паров исходной смеси на входе в колонну:
M′F" = MНК · yТП + MBК · (1 − yТП) = 58,08 · 0,39 + 18 · (1 − 0,39) = 33,6 кмоль
Средние массовые потоки пара в верхней и нижней части колонны определим по формуле:
|
GB = |
P(R + 1)MB′" |
= |
3,77 · (3,57 + 1) |
· 45,2 |
= 13,66 |
кг |
|
|||||
|
|
MP |
|
|
57 |
|
с |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
GH = |
P(R + 1)MH′" |
− φF |
MH′" |
= |
3,77 · (3,57 + 1) · 25,64 |
− 0,25 · 7 · |
25,64 |
= 6,42 |
кг |
||||
MP |
|
MF′" |
|
57 |
33,6 |
с |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
10
|
100 |
|
|
|
|
|
87,5 |
|
|
|
|
T |
75 |
|
|
|
|
|
62,5 |
|
|
|
|
|
50 |
|
|
|
1 Тyf = |
|
0 |
0,25 |
0,5 |
0,75 |
|
|
|
|
X,Y |
|
|
Xp
yf=0,42 Xf Txf=64 yp Tp=58 Xw yw Tw=
Рис. 1.4 – Диаграмма состояния системы «ацетон – вода»
Средние температуры паров определим по диаграмме T –(X,Y):
tYB |
= tF + tP |
= 66,25 0C , г д е |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tF = |
|
tXF + tyF |
= |
64 + 85 |
= 74,5 0C |
|
|
|
||||||
|
|
2 |
2 |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
tYН |
= tF + tW = |
74,5 + 100 |
0 |
|
|
||||||
|
|
|
= 87,25 C |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
Плотность пара в верхней и нижней части колонны определим по |
|||||||||||||
уравнению Клапейрона с учетом того, что |
|
0: |
|
|
||||||||||
ρ |
|
= |
Mв′" ∙ |
(T |
|
To |
) |
= |
45,2 |
∙ |
|
275,15 |
= 1,62 |
кг |
у.в |
|
22,4 |
o |
+ tу |
|
22,4 |
|
(275,15 + 66,25) |
|
м3 |
||||
|
|
|
|
|
в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11 |
|
|
|
|
|
ρ |
= |
Mн′" |
∙ |
(T |
|
To |
) |
= |
25,64 |
∙ |
275,15 |
= 0,87 |
кг |
у.н |
|
22,4 |
|
o |
+ tу |
|
22,4 |
|
(275,15 + 87,25) |
|
м3 |
||
|
|
|
|
|
н |
|
|
|
|
|
|
|
1.5. Расчёт максимально допустимой скорости пара и диаметра колонны
Расчет рабочей скорости газа в колонне с клапанными тарелками по формуле:
|
W |
|
1,85 |
|
G 2g |
|
|
|
|
( F |
) |
|
= |
S |
ϵρ |
|
|
|
c |
|
|
|
0 |
y |
|
|
Допустимая скорость в верхней и нижней частях колонны: |
|
|||||||
( |
wв |
) |
1,85 |
= |
4 · 0,04 |
2 · 9,81 |
= 128,57 |
|
0,0998 |
|
3,14 · 0,042 |
3 · 1,62 |
|||||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
wв = 1,378 с |
|
|
|||
( |
wн |
) |
1,85 |
= |
4 · 0,04 |
2 · 9,81 |
= 239,4 |
|
0,0998 |
|
3,14 · 0,042 |
3 · 0,87 |
|||||
|
|
|
|
|
||||
wн = 1,928 с
Ориентировочный диаметр колонны определяется из уравнения расхода:
d = |
4 · G |
|
|
π · w · ρy |
|
||
|
|
||
Диаметр колонны: |
|
|
|
dн = |
|
4 · 6,42 |
= 2,61 м |
3,14 |
· 1,378 · 0,87 |
||
dв = |
|
4 · 6,42 |
= 2,36 м |
3,14 |
· 1,928 · 1,62 |
||
По каталогу для колонны диаметром |
2600 мм выбираем клапанную |
||
тарелку типа ТКП.
12
Технические характеристики тарелки ТКП:
|
Диаметр колонны D, мм |
|
|
|
|
|
2600 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Свободное сечение колонны, м2 |
|
|
|
|
5,3 |
|
|
|
||||
|
Тип тарелки |
|
|
|
|
|
|
|
ТКП |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Рабочее сечение тарелки, м2 |
|
|
|
|
|
3,84 |
|
|
|
|||
|
Диаметр отверстия d, мм |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Шаг между отверстиями t, мм |
|
|
|
|
75 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
Относительное свободное сечение тарелки Fc, % |
9,98 |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Число клапанов |
|
|
|
|
|
|
|
422 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Сечение перелива, м2 |
|
|
|
|
|
|
0,74 |
|
|
|
||
|
Число рядов клапанов на поток |
|
|
|
|
18 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Периметр слива Lc, м |
|
|
|
|
|
|
2,05 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Масса, кг |
|
|
|
|
|
|
|
|
290 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Скорость пара в сечении колонны: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
d2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
wd |
|
|
расч |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= wраб d2 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
колон |
|
|
|
|
|
|
w |
= w |
|
dрасч2 |
= 1,378 ∙ |
2,612 |
= 1,39 |
м |
|
|
|||
|
dв |
раб.в dколон2 |
|
|
|
2,62 |
|
|
с |
|
|
||
|
w |
= w |
|
dрасч2 |
= 1,928 ∙ |
2,362 |
= 1,59 |
м |
|
|
|||
|
dн |
раб.н dколон2 |
|
|
|
2,62 |
|
|
с |
|
|
||
Скорость пара в рабочем сечении тарелки fт : |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
wt |
0,785 · dколон2 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
= wd |
|
fт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Клапанная тарелка: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
0,785 · dколон2 |
= 1,39 ∙ |
0,785 · 2,62 |
|
м |
|||||||
|
wtв = wdв |
fт |
|
|
3,84 |
= 1,92 |
|
с |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
13