Дійсне число тарілок:
у
верхній частині колони:
;
у
нижній частині колони:
.
Загальне
число тарілок:
.
За даними каталога-довідника «Колонні апарати» приймаємо відстань між тарілками h = 300 мм. Визначаємо висоту тарілчастої частини колони:
м.
6.3. Визначення швидкості пари і діаметру колони
Визначаємо середні температури пара за діаграмою t – x,y.
а)
в верхній частині колони при
находимо
=87С,
б)
в нижній частині колони при
находимо
=101С.
Середня густина пари:
а)
в верхній частині колони
кг/м3;
б)
в нижній частині колони
кг/м3;
Середня густина пари в колоні:
кг/м3.
Температура в верхній частині колони дорівнює 82С при yD = 0,96, і в кубі-випарнику при xW = 0,024 вона дорівнює 109С (за діаграмою рівноваги t – x,y). За знайденими температурами визначаємо густину рідкого бензолу 1 = 813 кг/м3 і рідкого толуолу 2 = 783 кг/м3.
Середня густина рідини в колоні:
кг/м3.
Визначимо швидкість пари у верхній (wв) і нижній (wн) частинах колони. Для сітчастих тарілок швидкість пари можливо розрахувати за рівнянням:
м/с.
Приймаємо середній масовий потік пари в колоні Gпара рівним:
кг/с.
Орієнтовний діаметр колони визначають з рівняння витрат:
м.
За каталогом у довіднику «Колонні апарати» вибираємо стандартний розмір обичайки колони D = 2,2 м.
При цьому швидкість пари в колоні буде:
м/с.
6.4. Тепловий розрахунок установки
Витрати теплоти, що передається охолоджувальній воді в дефлегматорі-конденсаторі, знаходимо за рівнянням:
, Вт,
де rD – питома теплота конденсації парів в дефлегматорі.
, Дж/кг,
де r1 і r2 – питомі теплоти конденсації бензолу і толуолу при температурі в верхній частині колони.
Витрати теплоти, що отримуємо в кубі-випарнику від грійної пари, знаходимо за рівнянням:
Вт.
Витрати теплоти в паровому підігрівачі вихідної суміші:
, Вт.
Витрати теплоти, що віддається охолоджувальній воді у водяному холодильнику дистиляту:
, Вт,
Витрати теплоти, що віддається охолоджувальній воді у водяному холодильнику кубового залишку:
, Вт,
Витрати грійної пари, що має тиск pабс і вологість 5%:
а) в кубі-випарнику:
,
кг/с,
де rг.п. ‑ питома теплота конденсації грійної пари;
б) у підігрівачі вихідної суміші, враховуючи 5% теплових втрат:
кг/с,
Всього:
кг/с.
Витрати охолоджувальної води при її нагріванні на 20C:
а) в дефлегматорі:
м3/с;
б) у водяному холодильнику дистиляту:
м3/с;
в) у водяному холодильнику кубового залишку:
м3/с;
Всього
м3/с.
Література
Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии ‑ М.: Химия, 1973. ‑ 752 с.
Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию / Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Под ред. Ю.И. Дытнерского, 2-е изд., перераб. и дополн. ‑ М.: Химия, 1991. – 496 с.
Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов / Под ред. П.Г. Романкова. – 10-е изд., перераб. и дополн. ‑ Л.: Химия, 1987. ‑ 576 с.
Справочник химика: В 6 т. Основные свойства неорганических и органических соединений / Гл. ред. Б.П. Никольский. ‑ 2-е изд. ‑ М.,Л.: Госхимиздат, 1963. ‑ Т.2. – 1168 с.
Каталог. Колонные аппараты. Изд. 2-е. М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ. ‑ 1978. ‑ 31 с.
ДОДАТКИ
Додаток 1. Рівноважні склади рідини і пари для деяких бінарних систем при Пабс = 760 мм рт.ст.
Метиловий спирт ‑ вода |
Етиловый спирт ‑ вода |
||||
t, C |
% ( мол) метилового спирту |
t, C |
% ( мол) етилового спирту |
||
в рідині |
в парі |
в рідині |
в парі |
||
100.0 |
0 |
0 |
100.0 |
0 |
0 |
96.4 |
2 |
13.4 |
95.5 |
1.90 |
17.00 |
93.5 |
4 |
23.0 |
89.0 |
7.21 |
38.91 |
91.2 |
6 |
30.4 |
86.7 |
9.66 |
43.75 |
89.3 |
8 |
36.5 |
85.3 |
12.38 |
47.04 |
87.7 |
10 |
41.8 |
84.1 |
16.61 |
50.89 |
84.4 |
15 |
51.7 |
82.7 |
23.37 |
54.45 |
81.7 |
20 |
57.9 |
82.3 |
26.08 |
55.80 |
78.0 |
30 |
66.5 |
81.5 |
32.73 |
58.26 |
75.3 |
40 |
72.9 |
80.7 |
39.65 |
61.22 |
73.1 |
50 |
77.9 |
79.8 |
50.79 |
65.64 |
71.2 |
60 |
82.5 |
79.7 |
51.98 |
65.99 |
69.3 |
70 |
87.0 |
79.3 |
57.32 |
68.41 |
67.5 |
80 |
91.5 |
78.74 |
67.63 |
73.85 |
66.0 |
90 |
95.8 |
78.41 |
74.72 |
78.15 |
65.0 |
95 |
97.9 |
78.15 |
89.43 |
89.43 |
64.5 |
100 |
100.0 |
|
|
|
Хлороформ ‑ бензол |
Метиловий спирт ‑ Етиловий спирт |
||||
t, C |
% ( мол) хлороформу |
t, C |
% ( мол) метилового спирту |
||
в рідині |
в парі |
в рідині |
в парі |
||
80.6 |
0 |
0 |
78.3 |
0 |
0 |
79.8 |
8 |
10 |
76.6 |
13.4 |
18.3 |
79.0 |
15 |
20 |
75 |
24.2 |
32.6 |
78.2 |
22 |
30 |
73.6 |
32 |
42.8 |
77.3 |
29 |
40 |
72.3 |
40.1 |
52.9 |
76.4 |
36 |
50 |
71.7 |
43.5 |
56.6 |
75.3 |
44 |
60 |
70 |
54.2 |
67.6 |
74.0 |
54 |
70 |
68.6 |
65.2 |
75.9 |
71.9 |
66 |
80 |
67.7 |
72.8 |
81.3 |
68.9 |
79 |
90 |
66.9 |
79 |
85.8 |
61.4 |
100 |
100 |
66.6 |
81.4 |
87.5 |
|
|
|
65.8 |
87.3 |
91.9 |
|
|
|
65.6 |
91 |
93.7 |
|
|
|
64.6 |
100 |
100 |
Ацетон ‑ вода |
Вода – оцтова кислота |
||||
t, C |
% ( мол) ацетонуу |
t, C |
% ( мол) етилового спирту |
||
в рідині |
в парі |
в рідині |
в парі |
||
100.0 |
0 |
0 |
118.3 |
0 |
0 |
74.80 |
5.00 |
63.81 |
110.6 |
18.81 |
30.63 |
68.53 |
10.00 |
73.01 |
107.8 |
30.84 |
44.67 |
65.26 |
15.00 |
77.16 |
105.2 |
44.98 |
59.73 |
63.59 |
20.00 |
79.16 |
104.3 |
51.95 |
65.80 |
61.87 |
30.00 |
81.24 |
103.5 |
58.24 |
71.12 |
60.75 |
40.00 |
82.69 |
102.8 |
67.50 |
77.97 |
59.95 |
50.00 |
83.87 |
102.1 |
72.61 |
82.39 |
59.12 |
60.00 |
85.32 |
101.5 |
79.51 |
86.71 |
58.29 |
70.00 |
87.12 |
100.8 |
85.56 |
90.42 |
57.49 |
80.00 |
89.50 |
100.8 |
87.87 |
91.86 |
56.68 |
90.00 |
93.35 |
100.5 |
91.34 |
94.09 |
56.30 |
95.00 |
96.27 |
100.2 |
95.78 |
97.08 |
|
|
|
100.0 |
100.00 |
100.00 |
Бензол ‑ толуол |
Хлороформ ‑ гексан |
||||
t, C |
% ( мол) бензолу |
t, C |
% ( мол) хлороформу |
||
в рідині |
в парі |
в рідині |
в парі |
||
110.0 |
0 |
0 |
68.75 |
0 |
0 |
108.0 |
5.8 |
12.8 |
66.53 |
10.55 |
15.9 |
104.0 |
15.5 |
30.4 |
64.78 |
20.55 |
29.2 |
100.0 |
25.6 |
45.3 |
63.5 |
29.15 |
38.3 |
96.0 |
37.6 |
59.6 |
62.32 |
39.69 |
48.4 |
92.0 |
50.8 |
72.0 |
61.4 |
49.97 |
56.6 |
88.0 |
65.9 |
83.0 |
60.87 |
59.37 |
64.1 |
84.0 |
82.3 |
92.2 |
60.47 |
69.98 |
72.0 |
80.0 |
100 |
100 |
60.41 |
80.0 |
79.6 |
|
|
|
60.65 |
90.01 |
88.4 |
|
|
|
61.27 |
100 |
100 |
Азот ‑ кисень |
Метиловий спирт – етиленгліколь |
||||
Т, К |
% ( мол) азоту |
t, C |
% (мол) метилового спирту |
||
в рідині |
в парі |
в рідині |
в парі |
||
90.1 |
0 |
0 |
199.0 |
0 |
0 |
89.5 |
3.5 |
13.0 |
188.6 |
1.0 |
15.2 |
89 |
6.2 |
20.2 |
180.3 |
1.5 |
36.8 |
88 |
11.5 |
30.4 |
171.1 |
2.7 |
54.0 |
87 |
17.1 |
39.7 |
166.0 |
3.2 |
61.0 |
86 |
22.2 |
47.8 |
147.2 |
7.5 |
84.5 |
85 |
27.7 |
55.7 |
131.5 |
10.0 |
92.2 |
84 |
33.8 |
63.1 |
110.0 |
14.2 |
96.0 |
83 |
40.5 |
70.1 |
101.0 |
18.5 |
98.5 |
82 |
47.8 |
76.4 |
89.2 |
25.0 |
99.5 |
81 |
56.6 |
82.3 |
77.5 |
36.0 |
99.5 |
80 |
66.6 |
88.0 |
68.0 |
59.0 |
99.8 |
79 |
78.4 |
93.2 |
65.5 |
75.4 |
99.9 |
78 |
91.9 |
97.8 |
64.1 |
100 |
100 |
77.3 |
100 |
100 |
|
|
|
Таблиця Д2 – Густина рідких речовин і водяних розчинів залежно від температури
Речовина |
Густина, кг/м3 |
|||||||
-20С |
0С |
20С |
40С |
60С |
80С |
100С |
120С |
|
Ацетон |
835 |
813 |
791 |
768 |
746 |
719 |
693 |
665 |
Бензол |
- |
900 |
879 |
858 |
836 |
815 |
793 |
769 |
Вода |
- |
1000 |
998 |
992 |
983 |
972 |
958 |
943 |
Гексан |
693 |
677 |
660 |
641 |
622 |
602 |
581 |
559 |
Метанол, 100% |
828 |
810 |
792 |
774 |
756 |
736 |
714 |
- |
Толуол |
902 |
884 |
866 |
847 |
828 |
808 |
788 |
766 |
Хлороформ |
1563 |
1526 |
1489 |
1450 |
1411 |
1380 |
1326 |
1280 |
Чотирихлористий вуглець |
1670 |
1633 |
1594 |
1556 |
1517 |
1471 |
1434 |
1390 |
Етилацетат |
947 |
924 |
901 |
876 |
851 |
825 |
797 |
768 |
Етанол, 100% |
823 |
806 |
789 |
772 |
754 |
735 |
716 |
693 |
Етиленгліколь |
- |
1129 |
1114 |
1100 |
1088 |
- |
- |
- |
Сірковуглець |
1323 |
1293 |
1263 |
1233 |
1200 |
1165 |
1125 |
1082 |
Оцтова кислота, 100% |
- |
1072 |
1048 |
1027 |
1004 |
981 |
958 |
922 |
Додаток Д3 – Коефіцієнти теплопровідності деяких рідин
8 – ацетон, 11 – бензол, 16 – вода, 26 – гексан, 3 ‑ метанол 100%, 32 ‑ метанол 40%, 10 – нітробензол, 13 – толуол, 24 – чотири хлористий вуглець, 4 – етанол 100%, 19 – етанол 80%, 21 – етанол 40%, 7 – оцтова кислота, .
1 ккал/(мчС) = 1,163 Вт/(мК).
Додаток Д4 – Номограма для визначення теплоємності деяких рідин
18 – ацетон, 29 – бензол, 36 – вода, 23 ‑ метанол 100%, 28 – толуол, 3 – хлороформ, 2 – чотирихлористий вуглець, 13 – етилацетат, 31 – етанол, 100%, 16 – оцтова кислота.
1 ккал/(кгС) = 4190 Дж/(кгК).