Сопротивление слоя сухой насадки
Reпв = 13070 в = 16/(13070)0,2 = 2,40
Reпн = 9069 н = 16/(9069)0,2 = 2,59
Плотность орошения и критерий Рейнольдса жидкости
где
выражено
в кгс · с/м2
: 1 мПа · с = 1/9810 кг·с/м2
Коэффициенты b и А
При расчете сопротивления слоя орошаемой насадки значения коэффициентов α и β находят в [1, c.167]. Для керамических колец размером более 30 мм и А < 0,3 : α = 1 и β = 1.
Робщ = Рн + Рв = 4845 + 4948 = 9793 Па
Коэффициенты b и А
При расчете сопротивления слоя орошаемой насадки значения коэффициентов α и β находят в [1, c.167]. Для керамических колец размером более 30 мм и А < 0,3 : α = 1 и β = 1.
Робщ = Рн + Рв = 4845 + 4948 = 9793 Па
5.2. Режим подвисания
5.2.1. Технологический расчет колонны
Технологический расчет проводится аналогично пунктам 5.1.1.1-5.1.1.9, 5.1.2.1- 5.1.2.9. Результаты расчета сведены в таблицу 5.2
Таблица 5.2
Физические свойства веществ и параметры колонны
№ п/п |
Наименование величины |
Обозна- чение |
Единицы измерения |
Значения |
|
нижняя часть |
верхняя часть |
||||
1 |
Молекулярная масса пара |
|
|
127,885 |
91,905 |
2 |
Плотность пара |
|
кг/м3 |
4,560 |
3,431 |
3 |
Средний молярный состав пара |
|
- |
0,334 |
0,797 |
4 |
Объемный расход пара |
|
м3/с |
0,161 |
0,214 |
5 |
Средняя температура пара |
|
оС |
68,8 |
53,5 |
6 |
Средняя температура жидкости |
|
оС |
64,2 |
51,4 |
7 |
Средний молярный состав жидкости |
|
- |
0,242 |
0,706 |
8 |
Плотность жидкости |
|
кг/м3 |
1458,563 |
1342,022 |
9 |
Объемный расход жидкости |
|
м3/с |
1,195·10-3 |
4,186·10-4 |
10 |
Вязкость пара |
|
Па·с |
1,178·10-5 |
1,275·10-5 |
5.2.2. Определение скорости пара и диаметра колонны
5.2.2.1. Скорость пара при работе колоны в режиме подвисания можно определить, используя уравнение (5.41)
(5.41)
Так как
то
(5.42)
(5.43)
Определим критерий Архимеда для пара верхней и нижней части колонны
Критерий Рейнольдса определим по уравнению (5.41)
Скорость пара в верхней части колонны
и в нижней части колонны
5.2.2.2. Диаметр колонны рассчитывают, используя выражение (5.44)
(5.44)
в верхней части колонны
в нижней части колонны
5.2.2.3. Согласно [6,
с.212] выбираем для верхней и нижней части
колонны
и
и производим пересчет скорости пара
=
0,4 м
=
0,5 м
5.2.3. Определение высоты ректификационной колонны
5.2.3.1. Определение высоты насадки
Н = hoy . noy (5.45)
hoy = 28,6 · dэ · Reп0,2 · Prп0,65 (5.46)
(5.47)
(5.48)
Определение высоты единиц переноса
(5.49)
А = с + 2s = 14,8 + 2 · 25,6 = 66 см3/моль
В = с + 4Сl = 14,8 + 4 · 24,6 = 113,2 см3/моль
с = 14,8 см3/атом Сl = 24,6 см3/атом s = 25,6 см3/атом [2, с.288]
=
28,6 · 2,23 · 10-2
· (13070)0,2
· (0,82)0,65
= 3,73 м
= 28,6 · 2,23 · 10-2
·
(9069)0,2
· (0,53)0,65
= 2,61 м
5.2.3.2. Определение высоты единиц переноса
Число единиц переноса для верхней и нижней части колонны определяем методом графического интегрирования:
а) из точек на оси абсцисс, начиная от х = хw до х = xF и от х = xF до х = xр, для значений, соответствующих значениям x в таблице 5.3, проводим перпендикуляры к оси ох до пересечения с рабочими линиями нижней и верхней части колонны и линией равновесия. Вертикальные отрезки между назваными линиями (у* - у) будут являться движущей силой процесса ректификации в определенных точках колонны:
б) вычисляем
вертикальные отрезки у*
- у в масштабе
диаграммы, берем обратную величину этой
разности
,
составляем таблицу.
Таблица 5.3
Значения |
x |
y |
y* |
y* - y |
1/( y* - y) |
Нижняя часть |
0,02 |
0,02 |
0,05 |
0,03 |
33,33 |
0,1 |
0,13 |
0,23 |
0,1 |
10,0 |
|
0,2 |
0,27 |
0,41 |
0,14 |
7,14 |
|
0,3 |
0,42 |
0,54 |
0,12 |
8,33 |
|
0,4 |
0,555 |
0,64 |
0,085 |
11,76 |
|
0,45 |
0,63 |
0,69 |
0,06 |
16,67 |
|
Верхняя часть |
0,5 |
0,67 |
0,73 |
0,06 |
16,67 |
0,6 |
0,73 |
0,8 |
0,07 |
14,29 |
|
0,7 |
0,795 |
0,86 |
0,065 |
15,38 |
|
0,8 |
0,855 |
0,91 |
0,055 |
18,18 |
|
0,9 |
0,92 |
0,955 |
0,035 |
28,57 |
|
0,95 |
0,95 |
0,98 |
0,03 |
33,33 |
|
Раздел |
0,464 |
0,655 |
0,7025 |
0,0475 |
21,05 |
Строим график зависимости от у (приложение 11).
в) вычисляем площадь под кривой зависимости от у. Для этого целесообразно подъинтегральную площадь разбить на прямоугольники, трапеции и треугольники.
Для нижней части колонны
S1 = 126 · 35 = 4410 мм2 S4 = (22+13) / 2 ·20 = 350 мм2
S2 = 21 · 15 = 315 мм2 S5 = (30+10) / 2 · 20 = 400 мм2
S3 = 30 · 15 = 450 мм2 S6 = (13 · 96) / 2 = 624 мм2
S7 = (29 · 15) / 2 = 217,5 мм2 S9 = (10 · 35) / 2 = 175 мм2
S8 = (31 · 15) / 2 = 232,5 мм2
S1-9 = 7174 мм2
Для верхней части колонны
S10 = 60 · 71 = 4260 мм2 S14 = (5 · 25) / 2 = 62,5 мм2
S11 = 5 · 10= 50 мм2 S15 = (10 · 9) / 2 = 45 мм2
S12 = (36+20) / 2 · 19 = 532 мм2 S16 = (12 · 57) / 2 = 342 мм2
S13 = (20+12) / 2 · 20 = 320 мм2
S10-16 = 5612 мм2
г) вычисляем масштаб графика
ось х: m1 = 0,1/20 = 0,005
ось у: m2 = 10/50 = 0,2
д) определяем число единиц переноса:
для верхней (укрепляющей) части колонны
=
S10-16
· m1
· m2
= 5612 · 0,005 · 0,2= 5,612
для нижней (исчерпывающей) части колоны
=
S1-9
· m1
· m2
= 7174 · 0,005 · 0,2 = 7,174
ж) находим высоту насадки:
высота насадки в верхней части колонны
Нв = · = 3,73 · 5,612 = 20,93 м
высота насадки в нижней части колонны
Нн = · = 2,61 · 7,174 = 18,72 м
Нобщ = Нн + Нв = 18,72 + 20,93 = 39,65 м
5.2.3.3. Определение высоты колонны
Для определения высоты колонны разобьем насадку на секции по 3 м (7 секций – в верхней части, 6 секций – в нижней)
Нк = z · n + (n – 1) hp + zв + zн = 3 ·13 + (13 – 1) · 0,5 + 0,6 + 1,5 = 47,1 м
zв = 0,6 м zн = 1,5 м [6, с.235]
5.2.4. Тепловой расчет ректификационной колонны
Тепловой расчет ректификационной колонны проводится аналогично подразделу 5.1.5.
5.2.5. Гидравлический расчет ректификационной колонны
Произведем гидравлический расчет колонны согласно [6, с. 167]
(5.50)
(5.51)
(5.52)
(5.53)
(5.54)
(5.55)
(5.56)
Плотность орошения рассчитываем по (5.54)
Критерий Рейнольдса жидкости для верхней и нижней части колонны
где µж выражено в кгс · с/м2 : 1 мПа · с = 1/9810 кг·с/м2
Определим сопротивление сухой насадки
= 12935 в
= 16/(12935)0,2
= 2,41
=
10728 н
= 16/(10728)0,2
= 2,50
Рассчитаем коэффициенты b и А
Ро = Рн + Рв = 8422 + 26055= 34477 Па