Задание на проектирование

3.3 Технологический расчет

Объем пара и жидкости, проходящих через колонну.

Мольные массы жидкостей и паров, средние мольные и массовые концентрации жидкостей и паров в колонне.
Средний мольный состав жидкости:
в верхней части колонны [1. Ф-9.39 стр.259]

где Хр - мольный состав жидкости в дистилляте

Xw - мольный состав жидкости в кубовом остатке
в нижней части колонны [1. Ф-9.40 стр. 259]

где Хf - мольный состав жидкости в исходной смеси

Xw - мольный состав жидкости в кубовом остатке
Средний массовый состав жидкости:
в верхней части колонны [1. Ф-9.34 стр.258]

где  - 0,91 содержание легколетучего компонента в дистиллляте

 - 0,25 содержание легколетучего компонента в исходной смеси
в нижней части колонны [1. Ф-9.35 стр 258]

где  - 0,25 содержание легколетучего компонента в исходной смеси

 - 0,032 содержание легколетучего компонента в кубовом остатке
Средняя мольная масса жидкости:
в верхней части колонны [1. Ф-9.3 стр. 249]

где  - среднй массовый состав жидкости в верхней части

32 – молярная масса метилового спирта
18 – молярная масса воды
в нижней части колонны [1. Ф-9.3 стр 249]


где  - среднй массовый состав жидкости в нижней части
32 – молярная масса метилового спирта
18 – молярная масса воды
Мольная масса:
дистиллята


где - 32 – молярная масса метилового спирта
18 – молярная масса воды
0,848 – концентрация дистелята
исходной смеси

где - 32 – молярная масса метилового спирта
18 – молярная масса воды
0,158 – концентрация исходной смеси
кубового остатка

где - 32 – молярная масса метилового спирта
18 – молярная масса воды
0,018 – концентрация кубового остатка
Средний мольный состав паров:
в верхней части колонны

где Хр - концентрация дистелята

Хf - концентрация исходной смеси
в нижней части колонны

где Хw - концентрация кубового остатка

Хf - концентрация исходной смеси
Средняя мольная масса паров:
в верхней части колонны

где 32 – молярная масса метилового спирта
18 – молярная масса воды
0,634 - средний мольный состав паров в верхней части колонны
в нижней части колонны

где 32 – молярная масса метилового спирта
18 – молярная масса воды
0,634 - средний мольный состав паров в нижней части колонны
Средняя плотность жидкости:
в верхней части колонны при tср [1. Ф-9.33 стр258]





где  - плотность метилового спирта при tср
 - плотность воды при tср
 - среднй массовый состав жидкости в верхней части
в нижней части колонны при tср [1. Ф-9.33 стр. 258]

где  - плотность метилового спирта при tср

 - плотность воды при tср
 - среднй массовый состав жидкости в нижней части
Средняя плотность пара:
в верхней части колонны при tcр.в [1. Ф-9.37 стр. 258]

где Мв - средняя мольная масса жидкости в верхней части колонны

 - средняя температура пара в верхней части колонны
в нижней части колонны при tср.н [1. Ф-2.37 стр.258]

где Мн - средняя мольная масса жидкости в нижней части колонны

 - средняя температура пара в нижней части колонны
Массовый расход жидкости:
в верхней части колонны [1. Ф-9.9 стр.250]

где Мв - средняя мольная масса жидкости в верхней части колонны

Мр – мольная масса дистиллята
P - производительность по дистеляту
R – рабочее значение флегмового числа
в нижней части колонны

где Мн - средняя мольная масса жидкости в нижней части колонны

Мр – мольная масса исходной смеси
Мр – мольная масса дистиллята
P - производительность по дистеляту
R – рабочее значение флегмового числа
F - производительность по исходной смеси
Массовый поток пара вычисляем по формуле [1. Ф-9.58 стр. 261]:
в верхней части колонны

где Мв - средняя мольная масса жидкости в верхней части колонны

Мр – мольная масса дистиллята
P - производительность по дистеляту
R – рабочее значение флегмового числа
в нижней части колонны

где Мв - средняя мольная масса жидкости в верхней части колонны

Мр – мольная масса дистиллята
P - производительность по дистеляту
R – рабочее значение флегмового числа
Расчет скорости пара и диаметра колонны.
Предельно допустимая скорость паров в колонне с калпачковыми тарелками вычисляем по формуле [1. Ф-8.40 стр. 215]:
в верхней части колонны

где  - диаметр колпачка

hк – высота колпачка
 - плотность жидкости
 – плотность пара
аналогично находим предельно допустимую скорость паров в нижней части колонны



В соответствии с рекомендациями рабочую скорость паров в колонне находим по формуле [1. Ф-8.35 стр. 214]:

где  - предельно допустимая скорость паров в колонне с калпачковыми тарелками
Рабочая скорость паров:
в верхней части колонны

в нижней части колонны

Ориентировочный диаметр находим по формуле [1. Ф-8.31 стр. 213]::
в верхней части колонны

где π – число равное 3,14

Gв - массовый поток пара в верхней части колонны
Uр.в - рабочая скорость паров в верхней части колонны
 - средняя плотность пара в верхней части колонны
в нижней части колонны

где π – число равное 3,14

Gв - массовый поток пара в верхней части колонны
Uр.в - рабочая скорость паров в верхней части колонны
 - средняя плотность пара в верхней части колонны

D = 3200 мм по Ост – 26 – 808 – 73 [3]

Свободное сечение колонны	8,04 м^2
Периметр слива	2,36 м
Длина линии барботажа	75,4 м
Сечение перелива	0,88 м^2
Свободное сечение тарелки	1,18 м^2
Относительная площадь для прохода паров	14,6%
Величина зазора	по ГОСТ – 9634 – 75
Масса	509 кг

Скорость пара в рабочем состоянии тарелки находим по формуле

[1. Ф-8.39 стр. 215]:

где  - рабочая скорость паров в колонне

D – ориентировочный диаметр
S - сечение перелива
Расчет высоты ректификационной колонны.
Число действительных тарелок:
смесь в нижней части колонны
температура в кубовом остатке tw = 99 °C;
динамический коэффициент вязкости μ(CH3OH) = 0,23*10^(-3) Па*с; давление р(СН3ОН) = 2100 мм рт ст;
Динамический коэффициент вязкости по формуле :





При 
где α – относительная летучесть
КПД тарелки в нижней части колонны:

Исходная смесь

Температура в исходной смеси tf = 84 °C;
динамический коэффициент вязкости μ(CH3OH) = 0,26*10^(-3) Па*с; давление р(СН3ОН) = 1200 мм рт ст;
динамический коэффициент вязкости μ(Н2О)= 0,3*10^(-3) Па*с; давление р(Н2О) = 420 мм рт ст;
относительная летучесть α2= р(СН3ОН)/ р(Н2О)=1200/420=2,86


При 
где α – относительная летучесть
КПД тарелки в исходной смеси:

смесь в верхней части колонны

tw = 67 °C; μ(CH3OH) = 0,31*10^(-3) Па*с; р(СН3ОН) = 670 мм рт ст;
μ(Н2О)= 0,42*10^(-3) Па*с; р(Н2О) = 200 мм рт ст;
α3= р(СН3ОН)/ р(Н2О)=670/200=3,35


При 
где α – относительная летучесть
КПД тарелки верхней части:

Средняя КПД тарелки

Действительное число тарелок

Принимаем 14 тарелок из которых 8 – в верхней части колонны, а 6 – в нижней части колонны. Питающей является 6 – тарелка снизу.

Для колонных аппаратов диаметром 3200 мм расстояние между тарелками будет считать равным 400 мм. Принимая расстояние от верхней тарелки до крышки колонны h1=1200 мми от нижней тарелки до днища h2=3000 мм [3].
определяем высоту колонны: