„НАЙ-ГОЛЯМАТА БАНКА ОТ РЕЗЮМЕТА“
Абстрактен портал
Коригиране
Въведение Ректификацията е масообменен процес, който се извършва в противоточни колонни апарати с контактни елементи (дюзи, тарелки). В процеса на дестилация има непрекъснат обмен между течната и парната фаза. Течната фаза е обогатена с повече висококипящ компонент, а парната фаза е обогатена с по-нискокипящ компонент. Процесът на пренос на маса протича по цялата височина на колоната между течащата надолу храчка и издигащата се пара. За интензифициране на процеса на пренос на маса се използват контактни елементи, което позволява увеличаване на повърхността на пренос на маса. В случай на използване на опаковка, течността се стича надолу в тънък слой върху повърхността й, в случай на използване на тави, парата преминава през течния слой на повърхността на тавите. В тази статия представя изчислението на плоча за дестилационна колона за разделяне на бинарна смес от бензен - толуен. 1 Особености при изчисляването на тарелковата дестилационна колона По правило изчисляването на дестилационната колона се извършва за дадени: състав на изходната смес, дестилационен остатък, дестилат, капацитет и работно налягане в колоната. В началото се определят материалният баланс на колоната и работното отношение на обратен хладник. За това се използва диаграмата y -x. След това се избира типът на тарелките, определя се скоростта на парата, диаметърът на колоната, коефициентите на масопренос , височината на колоната, хидравличното съпротивление на тарелките. След това е възможно да се изчислят експлоатационните свойства, както и икономическите показатели за неговото използване. 2 Пример за изчисление дестилационна колона за дестилация на смес бензен-толуен Например,изчисляваме колоната със съдържание на летливия компонент (т.е. бензен) в първоначалната смес 35% (маса), в дестилата 98%, в дънната течност 1,7%. Производителност на първоначална смес 5kg/s. 2.1 Материални изчисления 2.1.1 Материален баланс на колона Производителността на дестилат P и дънни остатъци W се определя от уравнението на материалния баланс на дестилационната колона:
(1) От: (2) (3) Всички изчисления в този случай са за компонента с ниска точка на кипене, което означава, че x е концентрацията на бензен. За по-нататъшни изчисления е необходимо да се преизчислят съставите на фазите от маса към мол според съотношението: (4) където x е моларната част на компонент А, е масовата част на компонент А, % (маса) MA е моларната маса на компонент A, MB е моларната маса на компонент B, Заместване на моларните маси на бенз ен и толуен, получаваме:
2.1.2 Определяне на работното коефициент на обратен хладник Натоварванията с пара и течност на дестилационната колона се определят от стойността на работното съотношение на обратен хладник R. Коефициентът на обратен хладник е съотношението на количеството на обратен хладник към количеството дестилат. Може да бъде в диапазона от Rmin до ¥. С минимално съотношение на обратен хладник можете да получите максималното количество дестилат, но броят на плочите става безкрайно голям. Ако рефлуксното число се приеме равно на безкрайност, тогава се оказва, че колоната работи сама за себе си. Ако коефициентът на обратен хладник е по-малък от минимума , при никакви обстоятелства няма да можем да получим крайния продукт с желаните свойства. Фигура 1 Диаграма течност-пара за смес от бензен-толуен Като цяло коефициентът на обратен хладник отразява ъгъла на наклон на работната линия към абсцисната ос за горната част на колоната и влиза в уравнението на работната линия. Уравнение работна линия за горната частколони изглежда така: (5) yD, както и yW се дефинират равни съответно на xD и xW. С други думи, приема се, че съставът на парната и течната фази е еднакъв както за дъното, така и за горната част на колоната. Всичко това може да се види на Фигура 1. Минималната стойност на обратен хладник се определя по следната формула: (6) където - моларната част на алкохола в пара в равновесие с първоначалната смес се определя от y-x диаграмата. Тогава: Ще приемем работната стойност на броя на храчките равна на 2,1. Има много препоръки за определяне на работното съотношение на обратен хладник, ние ги пропускаме, но те могат да бъдат намерени в [3]. 2.1.3 Построяване на работната линия на диаграмата "течност - пара". Работната линия на процеса на ректификация, за разлика от процеса на абсорбция, е набор от работни линии за горната и долната част на колоната и се характеризира с прекъсване в точката, съответстваща на състава на хранителната смес. За горната част на колоната можете да използвате уравнение (5), а за долната част на колоната има уравнение: (6) Изгледът на работната линия е показан на същата Фигура 1. 2.1.4 Определяне на средния масов дебит за течността Средните масови дебити на течността за горната и долната част на колоната се определят от съотношения: (7) (8) където MP и MF са моларните маси на дестилата и на първоначалната смес, МВ и МН са моларните маси на течността в горната и долната част, Моларната маса на течността в горната и долната част на колоната, съответно е: (9) (10) където Mb и Mt са моларните маси на бензен и толуен xav..n - средният моларен състав на течността, съответно в горната и долната част на колоната:
По подобен начин се намира моларната маса на първоначалната смес:
моларна масадестилат може да се приеме равен на моларната маса на бензена. Замествайки резултатите от отношението в (7) и (8) получаваме:
2.1.5 Определяне на среден масов дебит на пара Средна маса на пара тече в горната и долната част на колоната съответно равна на: (11) (12) където и са средните моларни маси на парите в горната и долната част на колоната: (13) (14) където средната пара стойностите на фазовия състав се изчисляват подобно на течна фаза и са равни на:
Тогава от формули (13) и (14) следва
Замествайки резултатите в (11) и (12), получаваме:
2.2 Скорост на парата и диаметър на колоната На този етап трябва да изберете типа тава. Тъй като се предполага, че течността не съдържа суспендирани частици, ще изберем да използваме ситови плочи. Допустимата скорост в горната и долната част на колоната се определя по формулата:
(15) Тъй като плътностите на бензена и толуола са близки, плътността на течната фаза може да се определи приблизително като 796 kg/m3. Средната плътност на парите за долната и горната част на колоната може да се определи по формулата:
(16) където t е температурата за горната или за долната част на колоната. Температурата в колоната от своя страна се определя от диаграмата t - x, y, която може да се види на Фигура 2. Фигура 2 Диаграма t - x, y Въз основа на средния състав на фазите определяме температурата в горната част на колоната 89 ° С, в долната част на колоната 102 ° С. След това, съгласно формулата (16) изчисляваме плътността на парната фаза съответно в долната и горната част на колоната. Сега е възможно да се изчислят допустимите скорости както в горната, така и в долната част на колоната: Диаметърът на колоната може да бъде определен по формулата: (17) Взема се диаметърът на колоната еднакъв по цялата си височина и обикновено е равен на най-големия от дефинираните. В този случай обаче разликите между скоростите в горната и долната част на колоната не са големи, следователно могат да се използват средни стойности: Замествайки ги във формулата (17) получаваме: m Приемайки стандартния размер на корпуса, равен на 1,8m, ще посочим работната скорост на парата. Тя ще бъде равна на 0,82 m / s. На този етап трябва да изберете чиния от няколко стандартни. Пропускайки процеса на избор, отбелязваме, че тази плоча TS-R със следните характеристики: Диаметър на отворите в плочата d0 8mm Стъпка между отворите t 15mm Свободно сечение на плочата Fc 18,8% Височина на преливния праг hper 30mm Ширина на преливния праг b 1050mm Работно сечение на плочата St 2,294m2 стрелки: 2,3 Определяне на височината на колоната Броят на тарелките в колоната може да се определи или чрез броя на теоретичните тарелки, или чрез кинетичната крива. 2.3.1 Определяне на височината на колоната чрез броя на теоретичните плочи Същността на този метод е конструиране на стъпки по диаграмата y - x. Всеки етап представлява една чиния. При конструирането се приема , че на всяка плоча се постига равновесие между течната и парната фаза. Прилагането на този метод може да се види на Фигура 3 Фигура 3 Определяне на броя на теоретичните плочи Както можете да видите, броят на теоретичните плочи в този случай е 8 за долната част на колоната и 7 за горната част, общо 15. За да се определи действителният брой на плочите, този брой трябва да се раздели на ефективността. отделна чиния. Въпреки факта, че има методи за оценка на ефективността. плочи, този метод не е точен, защото за всяка плоча ефективността може да се различава от средното. Височина на колонатасе определя въз основа на броя на действителните плочи и разстоянието между плочите. Обикновено разстоянието между плочите е стандартизирано и може да бъде избрано от каталога. 2.3.2 Определяне на височината на колоната от кинетичната крива Този метод е по-точен от предишния. Състои се в определяне на ефективността на тарелките Murphy, като се вземе предвид надлъжното смесване, увличането между тарелките и съотношението на байпасната течност. За определяне на стойностите на ефективност на плочите се използват критерии уравнения, които не са дадени тук, поради тяхната тромавост и тясна специализация. Познавайки ефективността според Мърфи, възможно е да се определи концентрацията на летливия компонент в парата на изхода на плочата yk съгласно връзката: (18) Въз основа на тази формула, върху диаграмата y - x, се начертава кинетичната крива, която е зависимостта на yk от x, и след това по подобен начин спрямо предишния метод стъпките са подредени графично. Графична илюстрация на този метод може да се види на Фигура 4. Фигура 4 Изчертаване на кинетичната крива и определяне на действителния брой плочи В резултат на това получихме 9 плочи в долната част на колоната и 9 в горната част. Като вземем разстоянието между тарелките 0,5 m, разстоянието между долната тава и дъното 2 m, разстоянието между горната колона и горната тава 1 m, получаваме общата височина на колоната 11,5 m. Заключение Описахме накратко процеса изчисляване на дестилационната колона за разделяне на бинарни смеси. Процесът на изчисление или проектиране не свършва дотук. В бъдеще се изчислява хидравличното съпротивление на колоната и се избира спомагателно оборудване. Заслужава обаче да се отбележи, че за процес на пренос на маса, който е процесът на коригиране, първо е необходимо да се опише обменът междуфази. Това се прави с диаграмата на състоянието течност-пара, на която се опитахме да обърнем повишено внимание, може би в ущърб на други също толкова важни аспекти на процеса. Списък на използваната литература 1. Гелперин Н.И. Основните процеси и апарати на химичната технология - М.: Химия, 1981. 2. Кувшинский М.Н., Соболева А.П. Дизайн на курса по темата "Процеси и апарати на химическата промишленост." Москва: Висше училище, 1980. 3. Основни процеси и апарати на химичната технология: Ръководство за проектиране / G.S. Борисов, В.П. Брайков, Ю.И. Дитнерски и др., изд. Ю.И. Дитнерски, М.: Химия, 1991. 4. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примери и задачи за курса на процеси и апарати на химичната технология. Учебник за ВУЗ / Ред. член-кореспондент AS СССР P.G. Романков. Л.: Химия, 1987. Как експериментално да се изчисли броят на теоретичните пластини на колоната на практика. Курсов дизайн по темата Процеси и апарати на химическата промишленост. Концепцията за коригиране Какво определя ефективността на контактните устройства. Допустима скорост в свободната част на ситовата масаобменна плоча. Хидравлично изчисляване на ситови тарелки на дестилационна колона. Как теоретично да изчислим броя на дестилационните плочи. Инсталации за чиста дестилация на бензен и толуен в схемата. Как да изчислим топлинния баланс на дестилационна колона. Изчисляване на материалния баланс на дестилационната колона. Ректификация определяне на броя на теоретичните плочи. Програма за процеса на коригиране на материалния баланс. Изчисляване на ситови плочи в дестилационна колона. Изчисляване и построяване на ректификационни равновесни криви. Разстояния между плочите на дестилационните колони. Основни формули при усвояванекоригиране и сушене.