Расчет ректификационной колонны

    определим, вязкость смеси при температуре  исчерпывающей части (136,1°С)

    Вязкость  компонентов при t_исч.ч=136,1°С

    толуол 0,179 мПа*с

    ксилол 0,2194 мПа*с

    lgμ_см=∑Хi*lgμ_i

    lgμ_см=0,0181*lg0,2194+0,9819*lg0,179=0,0181*(-0,65876)+0,9819*(-0,74715)=

    =-0,0119-0,7336=-0,7455 μ_см=0,1797мПа*с

    Рассчитываем  коэффициент полезного действия по формуле О'коннела:

    

    

    Определяем  действительное число тарелок в  укрепляющей части:

    N_{действ.}=

    N_{действ.}=

    Определяем  общее число действительных тарелок  в колонне:

    N^общ._{действ.}=N^укр._{действ.}+N^исч._{действ.}                                                                                                   (28) _[4]

    N^общ._действ=20+8=28шт. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    2.5 ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС КОЛОННЫ 

    Таблица 9- тепловой баланс ректификационной колонны 

Наим.	к.к.(35°С)	Питпние(128,8°С)	Верх (93,6°С)	Куб(143,4°С)
Толуол	0,41 ккал/кг°С	0,465 ккал/кг°С	0,44 ккал/кг°С	0,475 ккал/кг°С
ксилол	0,418 ккал/кг°С	0,52 ккал/кг°С	0,485 ккал/кг°С	0,54 ккал/кг°С
Перевод едениц: 1ккал/кг°С*4,19=1кДж/кгК
Толуол	1,7179 кДж/кгК	1,9484 кДж/кгК	1,8436 кДж/кгК	1,9903 кДж/кгК
ксилол	1,7514 кДж/кгК	2,1788 кДж/кгК	2,0322 кДж/кгК	2,2626 кДж/кгК

 

    Определяем  теплоемкость смеси

    С_см=С₁*Х₁+С_i*Х_i                                                                                                                                  (29) _[4]

    С_см^дист.=0,983*1,8436+0,017*2,0322=1,8123+0,0345=1,8468 кДж/кгК

    С_см^пит.=0,158*1,9484+0,842*2,1788=0,3078+1,8345=2,1423 кДж/кгК

    С_см^куб=0,0181*1,9903+0,9819*2,2626=0,036+2,2216=2,2576 кДж/кгК

    С_см^фл.=0,983*1,7179+0,017*1,7514=1,6887+0,0298=1,7185 кДж/кгК 

    Определяем  теплоту преобразования компонентов (кДж/кгК)

    Таблица 10- Теплота преобразования компонентов 

наименование	Tверха=93,6°С	Tкуба=143,4°С
толуол	374,854	343,285
ксилол	374,65	348,042

 

    Определяем  теплоту преобразования смеси при t_верха:

    r_см=r₁*х₁+…+r_n*х_n                                                                                                                           (30) _[4]

    r_см=0,983*374,854+0,017*374,65=374,85 кДж/кгК

    Определяем  тепловую нагрузку потоков:

    Q_F=G_F*C_F*t_F 

    Q_F=14000*2,1423*128,8=3862995,36 кДж/ч 
 
 

    Q_v=(R+1)*G_ɖ*(С_ɖ*t+r)                                                                                     

    Q_v=(5,7439+1)*1981,6*(1,8468*93,6+374,85)=

    =6,7439*1981,6*547,71=7319438,831 кДж/ч 

    Q_W=G_W*C_W*t_W

    Q_W=12018,4*2,2576*143,4=3890834,893 кДж/ч 

    Q_ф=R*G_ф*C_ф*t_к.к

    Q_ф=5,7439*1981,6*1,7185*35=684605,596 кДж/ч 

    Определяем  тепловую нагрузку кипятильника:

    Q_кип.= Q_v+Q_W-Q_ф-Q_F                                                                                                                         (31) _[3]

    Q_кип.=7319438,831+3890834,893-684605,596-3862995,36=6,662672,768 кДж/ч 

    Определяем  необходимый расход водяного пара подаваемоваго  в колонну:

    G_пар.=Q_кмп./r_W                                                                                                                                          (32) _[3]

    r_W=∑Х_Wi*r_i                                                                                                                                                 (33) _[3]

    r_W=0,0181*343,285+0,9819*248,042=347,955 кДж/ч

    G_пар.=6662672,768/347995=19,15кг/ч 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    2.6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИАМЕТРА КОЛОННЫ

    укрепляющая часть

    Определяем  среднюю молекулярную массу паров  поднимающихся в укрепляющей  части колонны по составу дистилята:

    М_ср=∑X_i*M_i                                                                                                                                                     (34) _[1]

    M_ср=0,983*92,14+0,017*106,17=90,5736+1,8049=92,3785

    Определим плотность паров в укрепляющей  части при средней температуре  в укрепляющей части колонны  и среднем давлении:

                                                                                         (35) _[1]

    

    Определяем  объем паров, поднимающихся по колонне:

                                                                                                       (36) _[1]

    

    Определяем  плотность компонентов, входящих в  дистиллят при температуре укрепляющей  части (t_укр.=111,2°С)

    толуол 777,68кг/м³

    ксилол 801,69кг/м³

    Определяем  плотность стекающей флегмы по составу  дистиллята:

                                                                                                                 (37) _[2]

    

    

    Определим тип тарелок и межтарельчатое расстояние:

    тип тарелок- клапанные

    межтарельчатое  расстояние – 500 мм.

    Определим значение коэффициента С=570. 
 
 

    Определим предельную скорость паров по уравнению  Саундерса – Брауна:

    ω_max=                                                                          (38) _[2]

    ω_max= м/с

    Определим диаметр укрепляющей части колонны:

                                                                                                           (39) _[2]

     = =1,57м

    По  каталогу стандартных диаметров  обечаек колонн принимаем для  укрепляющей части ближайшее  большее значение диаметра:

    D_исч.ч=1,8м.

    Исчерпывающая часть

    Определяем  среднюю молекулярную массу паров  поднимающихся в исчерпывающей  части колонны по составу кубового остатка:

    М_ср.=0,0181*92,14+0,9819*106,17=1,6677+104,2483=105,916

    Определим плотность паров в исчерпывающей  части при средней температуре  исчерпывающей части и давлении:

    

    Определяем  объем паров, поднимающихся по колонне в исчерпывающей части:

    

    Определяем  плотность компонентов входящих в кубовый остаток при средней  температуре в исчерпывающей  части(t_исч.ч=136,1°С)

    толуол 750,29 кг/м³

    ксилол778,85кг/м³

    Определим плотность смеси:

    

    

    Определим теплоту преобразования при средней  температуре исчерпывающей части:

    толуол 348,265 кДж/кг

    ксилол 353,209 кДж/кг

    Определяем  теплоту преобразования смеси кубовой  жидкости:

                                                                                                             (40) _[1]

    

    Определяем  объем паров, поднимающихся в  исчерпывающей части

                                                                                                                  (41) _[3]

                                                                                                               (42) _[4]

     кДж

    

    Определяем  тип тарелок и межтарельчатое расстояние:

    тип тарелок – клапанные

    межтарельчатое  расстояние – 500мм 

    Определяем значение коэффициента С=570. 

    Определяем  предельную скорость паров в исчерпывающей  части по уравнению Саундерса  – Брауна:

    

    Определяем  диаметр исчерпывающей части:

     = =1,76м

    По  каталогу выбираем D_исч.ч=1,8м 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    2.7 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫСОТЫ КОЛОННЫ 

    Н_к=Н_в+Н_т1+4Н_люк+Н_т2+Н_т3+Н_т4+Н_эв+Н_т5+Н_т6+Н_к+Н_ю                                                      (43) _[4]

    Н_к=1,6+2+4*0,8+2+2+2+1+1,5+1,5+2,7+3=22,5м

    Определяем  массовые расходы:

                                                                                                         (44) _[4]

    

                                                                                                              (45) _[3]

    

    G_w=12018,4кг/ч

    G_n=19,15кг/ч

    G_f=14000кг/ч 

    Определим диаметры штуцеров колонны:

                                                                                                        (46) _[2]