Министерство образования Российской Федерации

Казанский государственный технологический университет

Кафедра ПАХТ

Расчетное задание № 4

Расчет тарельчатой ректификационной колонны

Выполнила:

Студентка группы 513121

Шишмарова И.Н.

Проверила:

Мануйко Г.В.

Казань 2006

Расчет тарельчатой ректификационной колонны

Рассчитать ректификационную колонну непрерывного действия с ситчатыми тарелками для разделения 7,5 т/ч жидкой смеси, содержащей 40% (масс) хлороформа и 60% (масс) бензола. Требуемое содержание хлороформа в дистилляте 98% (масс), в кубовом остатке 4,5% (масс). Исходная смесь перед подачей в колонну подогревается до температуры кипения.

Материальный баланс.

Обозначим массовый расход через GD кг/ч, кубового остатка через GW кг/ч

Из уравнений материального баланса находим массовые расходы:

GW + GD = GF;

GW ∙ xW + GD ∙ xD = GF ∙ xF;

GW + GD = 7500;

GW ∙ 0.98 + GD ∙ 0.045 = 7500 ∙ 0.4;

GD = 4650 кг/ч;

GW = 2850 кг/ч.

Для дальнейших расчетов выразим концентрации питания, дистиллята и кубового остатка в мольных долях.

Питание

Дистиллят

Кубовый остаток

Относительный мольный расход питания:

 

Минимальное число флегмы

, где у*F - мольная доля хлороформа в паре, равновесном с жидкостью питания, определены по диаграмме у* - х.

Рабочее число флегмы

R= 1.3Rmin + 0.3 = 1.3. ∙ 5,1 + 0.3 = 6.9

Уравнения рабочих линий:

А) верхней части колонны

Б) нижней части колонны:

Определение скорости пара и диаметра колонны.

Средние концентрации жидкости:

А) в верхней части колонны

Б) в нижней части колонны:

Средние концентрации пара находим по уравнениям рабочих линий:

А) в верхней части колонны

Б) в нижней части колонны:

средние температуры пара определяем по диаграмме t – x, у:

А) при  ,

Б) при  .

Средние мольные массы и плотности пара:

А)

Б)

Средняя плотность пара в колонне:

Температура в верху колонны при хD = 0.97 равняется 63 0С, а в кубе-испарителе при хW = 0.03 она равна 80,5 0С.

Плотность жидкого хлороформа при 63 0С:

Плотность жидкого бензола при 80,30С:

Средняя плотность жидкости в колонне:

Принимаем расстояние между тарелками h = 300мм. для ситчатых тарелок по графику находим С=0,032. Скорость пара в колонне:

Объемный расход проходящий через колонну пара при средней температуре в колонне tCP = (63+80.5) /2 = 720С:

Диаметр колонны:

 DCT = 2200мм.

Тогда скорость пара в колонне будет:

Гидравлический расчет тарелок.

Принимаем следующие размеры ситчатой тарелки: диаметр отверстий d0 = 4 мм, высота сливной перегородки hП = 40мм. свободное сечение тарелки (суммарная площадь отверстий) 8% от площади тарелки. Площадь, занимаемая двумя сегментами, составляет 20% от общей площади тарелки.

Рассчитаем гидравлическое сопротивление тарелки в верхней и в нижней части колонны по уравнению:

∆р = ∆рсух + ∆рσ + ∆рпж.

А) Верхняя часть колонны.

Гидравлическое сопротивление сухой тарелки:

, где

ζ = 1,82 – коэффициент сопротивления неорошаемых ситчатых тарелок со свободным сечением 7 – 10%;

w0 = 0,66/0,08 = 8,3 м/с – скорость пара в отверстиях тарелки.

Сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения:

, где

σ – поверхностное натяжение жидкости при средней температуре в верхней части колонны 74,4 0С. ............