Числа переноса по жидкой фазе

Расчёт диффузионного критерия Пекле для жидкой фазы, согласно [4]:

(57)

где – коэффициенты диффузии по жидкой фазе, м²/с; – плотность орошения жидкости, м/с.

Числа переноса по жидкой фазе:

(58)

Локальная эффективность тарелки

Общие числа переноса, согласно [4]:

(59)

По диаграмме «Равновесное состояние жидкости и пара» определяем коэффициенты распределения нижней и верхней частей колонны:

– тангенс угла наклона касательной к равновесной линии при среднем мольном составе по легколетучему компоненту, примем, что

– тангенс угла наклона верхней рабочей линии;

– тангенс угла наклона нижней рабочей линии.

Локальная эффективность тарелки:

(60)

Определение числа тарелок, высоты и гидравлического сопротивления колонны

Реальное число тарелок рассчитываем по уравнению:

(61)

где N – теоретическое число тарелок.

N= 9 + 9 = 18

Высота колонны:

(62)

где – расстояние между тарелками, ; , – расстояние соответственно между верхней тарелкой и крышкой колонны и между днищем колонны и нижней тарелкой, .

Согласно [4] , а

Отсюда получим:

Гидравлические сопротивление колонны:

(63)

Тепловой баланс ректификационной колонны

Тепловой баланс ректификационной колонны, согласно [5]:

(64)

где Q_K – тепловая нагрузка куба; Q_D – количество теплоты, передаваемой от пара к воде; Q_пот – тепловые потери (5 %); – теплоёмкости соответствующие дистилляту, кубовому остатку и исходной смеси; – температуры соответствующие дистилляту, кубовому остатку и исходной смеси (находим из диаграммы «Зависимость температуры от равновесных составов пара и жидкости»), согласно [1].

, ,

Найдем удельную теплоту конденсации паров дистиллята, согласно[2]:

(65)

Определим тепловую нагрузку дефлегматора:

(66)

Теплоёмкости дистиллята, исходной смеси и кубового остатка при их температурах кипения (расчёт теплоёмкости будем вести по формуле Ватсона, согласно [2]):

(67)

где для ацетона b = 6,788; Т_кр = 235,5 °С,

для этилового спирта b = 7,416; Т_кр = 243 °С, согласно [2].

(68)

где – массовая доля легколетучего компонента, с – теплоёмкость, Дж/кг∙К

Приближённый расчёт теплообменной аппаратуры

Температура и теплота конденсации греющего пара, согласно [5]:

Примем, что конечная температура воды 24 °С (нагревается на 10 К), а конечная температура разделённых веществ 30 °С.

Куб-испаритель

Исходные данные:

Q = 4171000 Вт – тепловой баланс куба – испарителя

t_г.п.=132,9 °С – температура конденсации водяного пара

t_W = 76,91 °С – температура кипения кубового остатка

Температурная диаграмма процесса:

t °C

132,9

Δt_б Δt_м

76,91

Средняя движущая сила:

(69)

Определим поверхность теплообмена по формуле (для куба-испарителя коэффициент теплопередачи К_К = 1000 Вт/(м²∙К)):

(70)

По ориентировочной поверхности теплообмена выбираем испаритель с внутренним диаметром кожуха D = 800 мм, числом труб n = 465 (25×2 мм), с поверхностью теплообмена F = 109 м² и длиной труб l = 3 м., согласно [7]

Расход греющего пара:

(71)

Запас поверхности:

Холодильник кубового остатка

Исходные данные:

– расход кубового остатка

t_w = 76,91 °С – начальная температура кубового остатка

t_кон = 30 °С – конечная температура кубового остатка

t_внач = 14 °С – начальная температура воды

t_вкон = 24 °С – конечная температура воды

Температурная диаграмма:

t °C

76,91

Δt_б

24 30

Δt_м

Определим среднюю движущую силу процесса:

(72)

(73)

Средняя температура и теплоёмкость воды:

(74)

Средняя температура кубового остатка:

(75)

Средняя теплоёмкость кубового остатка:

Тепловой баланс холодильника кубового остатка:

(76)

Расход охлаждающей воды:

(77)

Поверхность теплообмена (по формуле 70):

Коэффициент теплопередачи в холодильнике К_ор = 400 Вт/(м²∙К:

Исходя из расчётов, выбираем горизонтальный четырёхходовой теплообменник с внутренним диаметром кожуха D = 600 мм, числом труб n = 206 (25×2 мм), длиной труб l = 4 м, площадью трубного пространства S_тр = 0,018 м², площадью межтрубного пространства S_мтр = 0,045 м² и площадью теплообмена65 м², согласно [6].

Запас поверхности:

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: