4.2. Визначення швидкості пари і діаметру колони

Визначимо швидкість пари у верхній (w_в) і нижній (w_н) частинах колони. Для сітчастих тарілок швидкість пари можливо розрахувати за рівнянням:

м/с.

Орієнтовний діаметр колони визначають з рівняння витрат:

.

Як правило, незважаючи на різницю в розрахованих діаметрах укріплювальної і вичерпної частин колони (внаслідок різниці швидкостей і витрат парів), виготовляють колону одного діаметру, рівного більшому з розрахованих. Якщо швидкість пари у верхній і нижній частині колони мало відрізняються одна від одної, то використовують в розрахунках середню швидкість парів:

 м/с.

Приймаємо середній масовий потік пари в колоні G_пара рівним:

.

Середні температури пара визначаємо за діаграмою t – x,y.

а) в верхній частині колони находимо С за певного ,

б) в нижній частині колони находимо С за певного .

Середня густина пари:

а) в верхній частині колони  кг/м³;

б) в нижній частині колони  кг/м³;

Середня густина пари в колоні:

 кг/м³.

Находимо температуру в верхній частині колони при y_D, і в кубі-випарнику при x_W (за діаграмою рівноваги t – x,y). За знайденими температурами визначаємо густину рідкого компоненту 1 ₁ кг/м³ і рідкого компоненту 2 ₂ кг/м³.

Густина фізичних сумішей рідин підкоряється закону адитивності:

,

де х_об – обємна доля компонента в суміші. Якщо густини рідких компонентів суміші близькі, то можливо прийняти середню густину рідини в колоні:

 кг/м³.

За каталогом у довіднику «Колонні апарати» вибираємо стандартний розмір обичайки колони D мм. Нижче наведені нормальні ряди діаметрів колон (в м), прийняті в хімічній та нафтопереробній промисловості:

В хімічній промисловості – 0,4; 0,5; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2,2; 2,6; 3,0;

В нафтопереробній промисловості – 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.

При цьому швидкість пари в колоні буде:

м/с.

За каталогом для колони діаметром D мм обираємо сітчасту однопотокову тарілку з наступними конструктивними розмірами:

Діаметр отворів в тарілці d₀ мм,

Шаг між отворами t мм,

Вільний перетин тарілки F_c %,

Висота переливного порогу h_пер мм,

Ширина переливного порогу b мм,

Робочий перетин тарілки S_т м².

Швидкість пари в робочому перетині тарілки:

м/с.

4.3. Визначення числа тарілок і висоти колони

Визначаємо число тарілок графічним шляхом. Для цього будуємо рівноважну криву в координатах y* ‑ x. Для побудови рівноважної кривої використовуємо дані рівноважного складу рідини і пари бінарних систем. Наносимо на цю y* ‑ x діаграму робочу лінію верхньої і нижньої частин колони (Рис. 4.1).

Рис. 4.1 ‑ Визначення числа ступенів зміни концентрації

Згідно допущень, що приймаються при побудові робочих ліній, концентрації пари і рідини на кінцях колони рівні. Рівні концентрації будуть на діагоналях квадрата. Тому з точки х_D (відповідає складу рідини на верхній частині тарілки і відповідно в дистиляті) і з точки х_W (куб колони і нижня частина тарілки колони) ведемо перпендикуляри до перетину з діагоналлю. Отримуємо точки А і В. З точки А проводимо пряму, що відповідає рівнянню робочої лінії верхньої (укріплювальної) частини колони. Для цього по осі ординат відкладаємо відрізок , що відповідає вільному члену рівняння і з’єднуємо отриману точку з точкою А. Верхня частина колони починається з живильної тарілки, робоча концентрація рідини на якій дорівнює концентрації живлення, а саме х_F. Таким чином, провівши з абсциси відповідної концентрації перпендикуляр до перетину з робочою лінією верхньої частини колони X_F, отримаємо точку С, яка відповідає початку робочої лінії нижньої частини колони. З’єднуючи точки С і В отримаємо пряму СВ, яка є робочою лінією нижньої частини колони. Пряма АС є робочою лінією верхньої частини колони.

Починаючи з точки А, будуємо на діаграмі ломану лінію, що має горизонтальні відрізки між робочою та рівноважною лініями. Останній відрізок повинен перетинати абсцису х_F. Число горизонтальних відрізків відповідає числу теоретичних тарілок верхньої частини колони . Аналогічно, починаючи з точки В будуємо на діаграмі ломану лінію вверх і визначаємо число горизонтальних відрізків, що відповідають числу теоретичних тарілок нижньої частини колони . Всього теоретична кількість тарілок складає .

Для визначення дійсного числа тарілок n необхідно враховувати к.к.д. тарілки, розрахунок якого не входить в програму курсової роботи. Число тарілок n розраховуємо за рівнянням, приймаючи  = 0,5:

.

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.