Тепловой расчёт генератора
В качестве исходных данных имеем:
количество дистиллята ,
массовое содержание аммиака в исходной смеси ,
массовое содержание аммиака в дистилляте ,
массовое содержание аммиака в кубовом остатке ,
флегмовое отношение ,
кратность циркуляции .
Определяем количество исходной смеси и кубового остатка по следующим формулам:
, (25)
,
, (26)
.
Определяем молярные доли аммиака в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке. Молекулярная масса аммиака , воды .
, (27)
,
,
Для определения числа тарелок графическим методом строим диаграмму равновесия для бинарной смеси аммиак - вода.
Рисунок 8 - Диаграмма равновесия для бинарной смеси аммиак-вод
Таблица 1 - Таблица равновесия для бинарной смеси аммиак-вода
|
Температура |
||||
|
190 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
160 |
0,11 |
0,52 |
0,116 |
0,534 |
|
140 |
0,184 |
0,744 |
0,199 |
0,755 |
|
125 |
0,24 |
0,85 |
0,25 |
0,857 |
|
111 |
0,3 |
0,9 |
0,31 |
0,905 |
|
80 |
0,46 |
0,976 |
0,474 |
0,977 |
|
60 |
0,584 |
0,999 |
0,6 |
0,999 |
|
40 |
0,81 |
0,9999 |
0,82 |
0,9999 |
|
33 |
1 |
1 |
1 |
1 |
, (28)
,
Определяем минимальное флегмовое число:
, (29)
По графику равновесия определяем действительное число тарелок . Одну тарелку используем на насадку.
Принимая КПД тарелки зт=0,5, определяем действительное число тарелок:
, (30)
Уравнения рабочих линий:
а) верхней части колонны
, (31)
б) нижней части колонны
, (32)
Средние концентрации жидкости:
а) верхней части колонны
, (33)
б) нижней части колонны
Средние концентрации пара находим по уравнениям рабочих линий:
а) верхней части колонны
б) нижней части колонны
Средние температуры пара определяем по диаграмме (рис.2):
а) верхней части колонны
при
б) нижней части колонны
при
Средние мольные массы и плотности пара:
, (34)
(35)
а) ,
.
б) ,
.
Средняя плотность пара в колонне:
.
Температура вверху колонны при равняется , а в кубе-испарителе при она равняется . Плотность жидкого аммиака при , а воды при . Принимаем среднюю плотность жидкости в колонне:
, (36)
,
, (37)
Объемный расход проходящего через колонну пара при средней температуре в колонне:
, (38)
,
(39)
где .
Диаметр колонны:
, (40)
Принимаем диаметр колонны , тогда скорость пара в колонне будет равна:
, (41)
Высота тарелочной части колонны:
, (42)
где - расстояние между тарелками.
Для диаметра колонны принимаем расстояние между тарелками равным . Тогда:
Произведем расчет насадочной части колонны. Выбираем насадку из керамических колец Рашига.
Для беспорядочно засыпанных керамических колец Рашига размером 25Ч25Ч3 мм: удельная поверхность и свободный объем .
Диаметр насадочной части колонны:
(43)
Скорость пара определяется следующим путем. Сначала рассчитываем фиктивную скорость пара в точке захлебывания (инверсии) по уравнению (при >>):
, (44)
где - удельная поверхность насадки, ;
- ускорение свободного падения, ;
- свободный объем насадки, ;
и - плотности пара и жидкости, ;
- динамический коэффициент вязкости жидкости;
G и D - массовые расходы жидкости и пара, ;
А=0,125 - для ректификационных колонн в режиме эмульгирования.
, (45)
где .
,
,
,
,
Определяем рабочую скорость пара для колонн, работающих в пленочном режиме:
, (46)
,
Принимаем диаметр насадочной части колонны .
Определяем высоту насадочной части колонны:
, (47)
где - эмпирический коэффициент для большинства органических
жидкостей; для керамических колец принимается равным - 88;
- диаметр выбранных колец насадки, мм;
=35 - молекулярная масса разгоряченной смеси;
- плотность флегмы, ;
- коэффициент, учитывающий смачивание насадки, ;
- средняя температура в колонне, К.
Высота насадочной части
Определяем высоту колонны:
, , ,
,
Расстояние между тарельчатой частью и насадкой примем равной 450 мм.
Тогда: