Бу жылдамдығы және колонна диаметрі.

Атмосфералық қысымды іліну режимінде жұмыс ректификациялық колонналар үшін жұмыс жылдамдығы жылдамдығынан 20-30% төмен етіп қабылдауға:

Будың аралық W_б жылдамдығын (6) теңдік бойынша анықтайды:

(11)

р_х, р_у - бу мен сұйықтың орташа тығыздығы, кг/м³;

μ_х - сұйықтың динамикалық тұтқырлығы,

L/G қатынасы түрліше болғандықтан тұншығу жылдамдығын әрбір бөлік үшін жеке-жеке анықтаймыз. Сонымен қатар колоннаның жоғарғы және төменгі бөліктерінен фазаларының физикалық қасиетінің түрліше болу салдарынан.

t_ж және t_ж орташа температураларындағы колоннаның жоғарғы және төменгі белігіндегі сүйықтың р_Хж, р_Хг тығыздығын және будың р_Уж, р_Ут тығыздығын табамыз. Фазалардың орташа құрамы бойынша будың орташа температурасын t, х, у диаграммасын анықтаймыз: t_т=83°C; t_ж=65°C

(12)

Сонда

кг/м³

Осыдан алатынымыз

кг/м³

 

Аддитивтілік заңына бағынатын сұйықтардың физикалық қоспасының

тығыздығы:.

Мұндағы х_об-қоспадағы компоненттің көлемдік үлесі.

Қарастырылып жатқан мысалда ацетон мен судың тығыздығы жақын (7), сондықтан р_Хж=р_хн=р_х=810 кг/м³ деп алуымызға болады. Сұйық қоспаның μ_х тұтқырлығын (8) теңдік бойынша табамыз:

(13)

Мұндагы, μ_х6 жэне μ_хт - қоспа температурасындагы (7) ацетон мен судың тұтқырлығы.

Сонда колоннаның жоғарғы және төменгі бөліктерінде сұйықтың тұтқырлығы тең болады:

 

Бұдан, μ_Хж=0,235МПа с;μ _хт=0.232МПа с.

Колоннаның жоғарғы бөлігінде будың аралық шекті жылдамдығы:

w_ж=2,16 м/c

W_т=1,86 м/c

 

W жұмысшы жылдамдықты шектіден 30% төмен етіп қабылдаймыз.

W_ж=0,7 2,16=1.68м/с;

W_т=0,7 1,86=1.30м/с;

Ректификациялық колоннаның диаметрін мөлшер тендігімен анықтаймыз:

(14)

Осы жерден колоннаның жоғарғы және төменгі бөліктерінің диаметрі тең:

 

Колонаның екі бөлігі үшін бірдей етіп стандартты обечайка диаметрін

d=1м деп қабылдаймыз. Осыдан колоннада будың нақты жүмысшы

жылдамдығы тең:

 

Шекті жылдамдықтан 52 жэне 66%-ті құрайды.

Химиялық және мұнай өңдейтін өнеркәсіпте қабылданған (м есебімен) қалыпты қатарлы колонна диаметрлері:

Химиялық өнеркәсібінде 0.4; 0.5; 0.6; 0.8; 1.0; 1.2; 1.4; 1.6; 1.8; 2.2; 2.6; 3.0.

Мұнай өндеу өнеркәсібінде 1.0; 1.2; 1.4; 1.6; 1.8; 2.0; 2.2; 2.4; 2.6; 2.8; 3.0; 3.2; 3.4; 3.6; 3.8; 4.0; 4.5; 5.0; 5.5; 6.0; 6.4; 7.0; 8.0; 9.0.

 

Колонна биіктігі

Насадка биіктігін масса өтудің модифицирленген теңдігі (1) бойынша есептейді:

(15)

Мұндағы, п_оу бу фазасы бойынша тасымалдау бірлігінің жалпы саны;

тасымалдау бірлігінің жалпы биіктігі, м.

Тасымалдау бірлігінің жалпы санын мына тендік бойынша шешеді:

(16)

Әдетте бұл интеграл сандық әдіспен анықталады. Оны графикалық интегралдау әдісімен шешеміз:

(17)

мұндағы, S У жэне У_Р ординаталарымен және абцисса осімен қиған шектелген аудан (5-сурет).

М_х, М_у координат осьтерінің масштабы:

1.2 кестеде 1/(у*-у)=f(у) функциясынын графикалық бtйнелеуі үшін қажет мәлімtттер келтірілген.

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 у

5-сурет. Тасымалдау бірлігінің жалпы санының бу фазасындағы колоннаның жоғарғы (нығайту) бөлігі үшін бу қүрамының өзгеруі У_F тең У_р-ға дейінгі интервалда.

1,2кесте

у	у*-у	1/у*-у	у	у*-у	1/у*-у
0,01	0,04		0,620	0,06	16,7
0,06	0,05		0,680	0,08	12,5
0,135	0,065	15,4	0,720	0,04
0,290	0,075	13,3	0,760	0,03	33,3
0,445	0,085	11,8	0,790	0,02
0,580	0,04		0,805	0,01

5-сурет бойынша колоннаның жоғарғы n_оуж және төменгі n_оут бөліктеріндегі тасымалдау бірлігінің жалпы санын табамыз:

 

һ_оу-ке сәйкес тасымалдау бірлігінің жалпы биіктігін аддитивтілік

теңдігімен анықтаймыз:

(18)

мұндағы, һ_х және һ_у сұйықпен бу фазаларына сәйкес тасымалдау бірлігінің биіктіктері; m колонка бөлігіне сәйкес тепе-тендік шартындағы орташа таралу коэффициенті.

Бу және сұйық бойынша жүктердің қатынасы G/L кмоль/кмоль тең

болады:

Колоннаның жоғарғы бөлігі үшін G/L+(R+1)/R

Колоннаның төменгі бөлігі үшін G/L=(R+1)/(R+f)

Мұнда,f=FM_p/(PM_F) (19) Сондықтан мәндерді қойып табамыз:

f=4 58/(1,08 22,12)=9,71

Сұйық фазадағы тасымалдау бірлігінің биіктігін (9) тендік бойынша

анықтаймыз:

(20)

мұндағы, С жэне Ф суреттің а және б-сы бойынша анықталған коэффициенттер; сұйықтар үшін Прандтль ұқсастық саны; Z - бір секциядағы насадка қабатының биіктігі.

Бу фазасында тасымалдау бірлігінің биіктігі:

(21)

мұнда, φ 5-сурет а бойынша анықталған коэффициент бу үшін Прандатль ұқсастық саны; суландырудың массалық тығыздығы, кг/м²с; (d-колона диаметрі, м);

Диаметрі 800 мм-ден үлкен колонналар үшін d өлшем дәрежесі 1,24-ң орнына 1,0 тең болатын көрсеткіштерімен h_y-ді (21) теңдік бойынша есептеу ұсынылады.

Сурет-6 (19) және (20) теңдіктеріндегі коэффициенттерді анықтау үшін мәліметтер.

А-будың жұмысшы жылдамдығының шектіге қатынасынан с және ψ коэффициенттерінің тәуелділігі;б-суланудырудың L жалпылама тығыздығынан Ф коэффициентінің тәуелділігі;1-3-керамикалық Рашиг сақиналары үшін 25х25х3 (1), 35х35х4 (2), және 50х50х5 (3), өлшемімен.

h_x және h_y есептеу үшін бу тұтқырлығы және сұйық Д_х және бу Д_у фазаларындағы диффузия коэффициенттерін анықтау қажет. Колоннаның жоғарғы бөлігі үшін бу тұтқырдығы

(22)

Мұндағы,μ_уб және μ_ут колонаның жоғары бөлігінің орташа температурадағы ацетон мен су буларының тұтқырлығы, ;

У_В будың орташа концентрациясы:

Орнына қойып табамыз:

Колоннаның төменгі бөлігі үшін аналогиялық есеппен табамыз:

Будың тұтқырлықтары жақын, сондықтан колоннада будың орташа тұтқырлығын деп қабылдауға болады.

20°С-та сүйықтағы диффузия коэффициетін (8) теңдік арқылы шешуімізге болады:

(23)

Диффузия коэффициенті сұйықта орташа температурада t(°С) тең болады:

(24)

Мұнда, А, В ерітілген зат пен еріткіштің қасиетіне тәуелді коэффициенттер; - қайнау температурасы күйіндегі сұйықтағы компоненттердің мольдік көлемі, см³/моль;μ, 20°С-тағы сұйықтың тұтқырлығы, .

Сонда диффузия коэффициенті сұйыктарда 20°С-та колоннаның жоғарғы бөлігі үшін мынаған тең:

м²/с

температуралық коэффициент мына формула бойынша аныкталады:

(25)

μ_х пен р_х-ті 20°С температурада қабылдайды. Сонда:

Бұдан

м²/с

Колоннаның теменгі белігі үшін аналогиялық есеппен табамыз:

м²/с

Бу фазасында диффузия коэффициенті мына теңдік бойынша есептелінуі мүмкін:

(26)

Мұндағы, Т колонна бөлігіне сәйкес орташа температура, К:

Р- колоннадағы атмосфералық қысым,Па.

Сонда колоннаның жоғарғы абсолюттік бөлігі үшін:

м²/с

Колоннаның төменгі бөлігі үшін Д_Ут мәнін аналогиялық анықтаймыз:

м²/с

Осылайша, колоннаның жоғарғы бөлігі үшін:

;

Колоннаның төменгі бөлігі үшін:

Колоннаның жоғарғы және төменгі бөліктері үшін тасымалдау бірлігінің жалпы биіктігін (18) теңдігі бойынша табамыз:

Колоннаның жоғары және төменгі бөліктері үшін тасымалдау бірлігінің жалпы биіктігін (1.18) теңдігі бойынша табамыз:

h_oуж= 2,11+0,625(0,54+1) 0,184/0,54=2,44

h_оут= 1,53+1,58(0,54+1) 0,175/(0,54+9,7)=1,57

Колоннаның жоғарғы бөлігі үшін m мәні m=0.625 және m=1.58

Колоннаның жоғарғы және төменгі бөліктері үшін насадка биіктігі тең болады:

Колоннада насадканың жалпы биіктігі:

Насадка қабатының биіктігі бір секцияда 3м-ге тең екенін есепке алсақ, онда колоннада секциялардың жалпы саны 9-ті құрайды (жоғарғы бөлігінде 5 секция және төменгіде 4).

Ректификациялық колоннаның жалпы биіктігін мына теңдікпен анықтайды:

(27)

Z - бір секциядағы насадка биіктігі, м; n секция саны, шт.; Һ_Р сұйықты бөлушілерді орналастыру насадка секциялары арасындағы аралық биіктігі, м; Z_Ж және Z_Т колонна мен насадка арасындағы аралық және насадка үстіндегі сепарациялық кеңістікке сәйкес биіктік, м.

 

Z_Ж жәнe Z_Т мәндерін сипаттамамен (10) сәйкестендіріп тандайды:

Колонна диаметрі,мм	ZЖ, мм	ZТ,мм
400-1000
1200-2200
2400 және одан көп

Колоннаның жалпы биіктігі:

ОРЫТЫНДЫ

 

Бұл курстық жұмыста ректификация қондырғысымен таныстық. Негізгі аппаратты есептеу бөлімінде материалдық балансты, гидравликалық кедергіні, колоннаның биіктігін, диаметрін және будың жылдамдығын есептедік.Қосымша аппаратта жылуалмасу есебін есептедік.

Ректификация тәсілі сұйық қоспаны құрастырушыларға толық ажырату үшін айдаудың күрделі тәсілі болып табылады.

Ректификаңиялық қондырғының принциптік тәсімі. Бастапқы қоспаны қосалқы ыдыстан ортадан тепкіш насос арқылы жылуалмастырғышқа береді. Ол жерде қоспа қайнау температурасына дейін қыздырылады. Қыздырылған қоспа Х_т құрамына тең болатын ректификациялық қоспаның қоректенуші табақша бөліміне түседі. Колонна бойымен төмен қарай тамшылап жатқан сұйық кубтық сұйықтың қайнауы нәтижесінде қайнатқышта пайда болып, жоғары көтеріліп жатқан бумен әрекеттеседі. Бұдан бастапқы құрамы шамамен кубтық қалдық (Х_w) құрамына тең. Сүйықпен масса алмасу нәтижесінде бу жеңіл ұшатын компонентке байиды. Толық байыту үшін колоннаның жоғаргы бөлігін колоннадан шығатын бу конденсациясы жолымен, дефлегматорда алынатын Х_р құрамындағы сұйықтың берілген флегма санына сәйкес байытады.

Конденсаттың бір бөлігі жылу алмастырғышта суытылатын және аралық ыдыста бағытталатын дистиллят бөлудің дайын өнім түрінде дефлегматордан шығарылады.

Колоннаның кубтық бөлімінен насос арқылы кубтық-өнім шығарылады. Ол қиын ұшатын компоненттермен байытылып, жылу алмастырғышта суытылатын және ыдысқа жіберілетін қиын компонентпен байытылған.

Осылайша ректификациялық колоннада бастапқы бинарлы қоспаны дистилятқа (құрамында көп мөлшерде жеңіл ұшатын компоненттердің болуымен) және кубтық қалдыққа (қиын ұшатын компоненттермен байытылған) үздіксіз тұрақсыз болу процесі жүзеге асырылады.