Курсовая работа: Ректификация формалина-сырца

Рис. 2.4 Определение оптимального рабочего флегмового числа

Минимальное произведение N(R+1) соответствует оптимальному рабочему флегмовому числу, Ropt = 0,932.

Определение действительного числа тарелок

Действительное число тарелок в ректификационных колоннах всегда больше теоретического числа, поскольку в реальных условиях равновесие фаз в результате контактного тепломассообмена на тарелках не достигается. Другими словами, коэффициент полезного действия тарелки всегда меньше единицы. Известно несколько методов расчета действительного числа тарелок. В данном случае мы используем графоаналитический метод, как наиболее простой и менее трудоемкий, хотя и несколько менее точный. В соответствии с этим методом действительное число тарелок определяется по уравнению:

 (2.17)

здесь h - усредненный коэффициент полезного действия тарелки для всей колонны в целом [4, стр. 65];

N – теоретическое число тарелок.

По литературным данным к. п. д. тарелки изменяется в пределах h = 0,2 ¸ 0,9. При выборе значения к. п. д. тарелки можно пользоваться обобщенным графиком [4, стр. 32] зависимости к. п. д. от произведения относительной летучести a на динамический коэффициент вязкости m (в мПа*с) перегоняемой смеси.

Относительную летучесть определяют по формуле:

 (2.18)

где, y* и x* - соответственно равновесные составы паровой и жидкой фаз на соответствующих тарелках (y*нк = 0,712, x*нк = 0,212).

y* и x* определяем из рис. 2 при средней температуре верха и низа колонны: .

Динамический коэффициент вязкости смеси определяется по формуле:

 (2.19)

где, m - динамическая вязкость веществ (метанола, формальдегида и воды) при tср, Па*с;

М – молекулярные массы веществ (метанола, формальдегида и воды);

Тср – средняя температура в К (81,6 + 273 = 354,6°С).

Рассчитываем вязкость воды и метанола при tср.= 81,6°С:

Данные взяты из справочника [5, стр. 61 ].

При температуре 80°С вязкость равна 0,657 Па*с, а при температуре 100°С вязкость равна 0,234 Па*с, определяем вязкость при 81,6°С:

(0,657 - 0,234)/20*1,6 = 0,00003384 Па*с;

0,657 – 0,00003384 = 0,66 Па*с (вода).

При температуре 80°С вязкость равна 0,29 Па*с, а при температуре 100°С вязкость равна 0,24 Па*с, определяем вязкость при 81,6°С:

(0,29 – 0,24)/20*1,6 = 0,0000064 Па*с;

0,29 – 0,0000064 = 0,29 Па*с (метанол).

Вязкость формальдегида принимаем 0,91 кг*с/м2 из [6, стр. 78].

Переводим в Па*с:

0,91 кг*с/м2 = 0,000091 кг*с/см2,

1 кг*с/см2 - 9,8*104 Па

0,000091 - x

x = (0,000091*9,8*104)/1 = 8,918 Па = 8,918/3600 = 0,0025 Па*с.

КПД » 0,27;

2.2 ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС

Тепловой баланс ректификационной колонны непрерывного действия с дефлегматором составляется для определения расхода греющего пара на процесс ректификации.

Приход теплоты:

1)  с исходной смесью

 (2.20)

2)  с флегмой

 (2.21)

3) с греющим паром

 (2.22)

Расход теплоты:

1)  с кубовым остатком

 (2.23)

2) с парами низкокипящего компонента из колонны

 (2.24)

3) с конденсатом греющего пара

 (2.25)

4) потери теплоты в окружающую среду Qпот.

Таким образом,

 (2.26)

Подставим в уравнение (2.26)

получим

 (2.27)

где, W, P – производительность кубового остатка и дистиллята, кг/с;

R – флегмовое число;

Cpw, Cpf – теплоемкости кубового остатка и дистиллята, Дж/кг*К;

tw, tf – температуры кипения кубового остатка и дистиллята, °С;

rф – теплота парообразования флегмы, Дж/кг (rф = rp);

Iп – энтальпия пара, выходящего из колонны, Дж/кг.

Расход греющего пара в кубе

 (2.28)

Расход греющего пара на нагревание исходной смеси в подогревателе:

 (2.29)

Для выполнения тепловых расчетов необходимо определить теплоемкости исходной смеси, дистиллята и кубового остатка при температурах их кипения.

Рассчитываем теплоемкости метилового спирта при 64,8; 76,9 и 98,4°С:

При температуре 60°С теплоемкость равна 0,66 ккал/кг*град, а при 80°С теплоемкость равна 0,684 ккал/кг*град [5, стр.69].

Определяем теплоемкость при температуре 64,8°С:

(0,684 – 0,66)/20*4,8 = 0,00576;

0,66 + 0,00576 = 0,67 ккал/кг*град;

Срр = 0,67*4190 = 2807,3 Дж/кг*К.

Определяем теплоемкость при температуре 76,9°С:

(0,684 - 0,66)/20*16,9 = 0,02028;

0,66 + 0,02028 = 0,68 ккал/кг*град;

Срf = 0,68*4190 = 2849,2 Дж/кг*К.

При температуре 80°С теплоемкость равна 0,684 ккал/кг*град, а при 100°С теплоемкость равна 0,708 ккал/кг*град [6, стр. 78].

Определяем теплоемкость при температуре 64,8°С:

(0,708 – 0,684)/20*18,4 = 0,02208;

0,684 + 0,02208 = 0,71 ккал/кг*град;

Срw = 0,71*4190 = 2974,9 Дж/кг*К.

Рассчитываем теплоемкости формальдегида при 64,8; 76,9 и 98,4°С по формуле:

 (2.30)

где, a, b, c – коэффициенты, взятые из [справ.], (а = 18,82; b = 58,38*102; с = -15,61*106);

Т – температура кипения исходной смеси, дистиллята и кубового остатка, в К.

При tp = 64,8°C; T = 337,8 K;

При tf = 76,9°C; T = 349,9 K.

При tw = 98,4°C; T = 371,4 K.

Теплоемкости исходной смеси, дистиллята и кубового остатка, представляющих смесь метилового спирта и формальдегида, определяются по формуле:

 (2.31)

где, Cp – теплоемкости метанола и формальдегида, Дж/кг*К;

 - массовый состав дистиллята, исходной смеси и кубового остатка.

Теплоту парообразования флегмы при t = 64,8°С (температура кипения метанола) определяем по метанолу и воде, т.к. формальдегида очень мало и им можно пренебречь:

 (2.32)

где, rнк, rвк – теплоты образования метанола и воды, Дж/кг;

 - массовый состав дистиллята.

Находим теплоту парообразования метанола при t = 64,8°С:

При температуре 60°С теплота парообразования равна 265 ккал/кг, а при 80°С теплота парообразования равна 252 ккал/кг [5, стр. 90].

(265 – 252)/20*4,8 = 3,12;

265 – 3,12 = 261,88 ккал/кг = 261,88*4,19 = 1097,28 кДж/кг.

Теплота парообразования воды принимается из [5. стр, 78]

r = 2336 кДж/кг (при Т = 68,7°С, т Р = 0,3 кг*с/см2).

Энтальпия пара, выходящего из колонны определяется по формуле:

 (2.33)

Потери теплоты принимаем равными 3% от ее расхода в кубе.

Расход теплоты в кубе колонны с учетом тепловых потерь определяем по формуле (2.27):

Расход греющего пара в кубе колонны по формуле (2.28):

где, rгр.п = 2206*103 Дж/кг (определяется из справ. по tw=98,4°C при t = 119,6°С);

Принимая повышение температуры воды в холодильнике на 20°С, определяем расход воды:

в дефлегматоре по формуле:

 (2.34)

где,

Cpв – теплоемкость воды, 4190 Дж/кг*К.

в холодильнике дистиллята

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28