Определение скорости пара и диаметра колонны
Средние мольные концентрации ацетона в жидкости:
а) в верхней части колонны
б) в нижней части колонны
Средние массовые концентрации ацетона в жидкости
а) в верхней части колонны
=
=0.67
б) в нижней части колонны
=
=0.26
Средние
температуры жидкости определяем по
диаграмме t-x,y
При
tж.в=59.5°С
При
0.26
tж.н=63
°С
Средняя плотность жидкости по высоте колонны определяется по уравнению:
ρж=
, где
- плотности низкокипящего и высококипящего
компонентов при средней температуре в
колонне, соответственно, кг/см3
а) в верхней части колонны
ρж.в=
=810
кг/м3
б) в нижней части колонны
ρж.н=
=902
кг/м3
Для колонны в целом:
ρср.ж=
=856
кг/м3
Средние концентрации ацетона в паре:
а) в верхней части колонны
б) в нижней части колонны
Средние температуры пара определяем по диаграмме t-x,y:
а)
при
–
б)
при
–
Средние молекулярные массы и плотности пара:
а)
б)
Vп – объёмный расход пара, поступающего в дефлегматор, м3/с
Vп
=
,
Где
-
мольная масса дистиллята, кг/кмоль
+
кг/кмоль
Vп=
м3/с
Средняя плотность пара в колонне:
Плотность
жидкого бензола при 72
–
,
а пентана при 37
–
.
Принимаем среднюю плотность жидкости в колонне:
.
Определяем
скорость пара в колонне.
,
Где
,
С – коэффициент, величина которого зависит от конструкции тарелки, расстояния между тарелками и поверхностного натяжения жидкости σ.
Рассчитываем поверхностное натяжение для верхней части колонны:
σв= σА· + σВ(1 – ), где
σА, σВ – поверхностное натяжение компонентов А и В при tж.в=59.5°С
σв=18,6·10-3·0,67+62,6·10-3(1-0,67)=33,12·10-3 Н/м
Величину коэффициента С при σ>20·10-3 Н/м определяют по графику, приведенному на рисунке 4.5 (кривые 1 и 2).С=800 ; Нт=400
Плотность
жидкости в верхней части колонны
=810
кг/м3
; плотность пара
=1.42
кг/м3
Плотность
жидкости в нижней части колонны
=902
кг/м3
; плотность пара
=0.7
кг/м3
Диаметр колонны:
где
мольный
расход дистиллята, кмоль/с
,
Где
массовый
расход дистиллята, кг/с,
мольная
масса дистиллята, кг/кмоль
+ кг/кмоль
кмоль/с
Для верхней части колонны
Для нижней части колонны
Принимаем по каталогу [1] диаметр колонны равным 1000 мм с периметром слива В=0.84 м
Гидравлический расчет колонны
Для клапанных тарелок величину общего сопротивления можно определить по уравнению :
(
+
)+0.5Δ
],
Где
общий коэффициент сопротивления тарелки,
для клапанных тарелок (клапаны полностью
открыты)
3.63
[7];
-
скорость пара в рабочем сечении колонны,
м/с;
,
м;
-
подпор, м; Δ
сопротивление,
связанное с преодолением сил поверхностного
натяжения на границе жидкость-пар при
выходе пара из отверстий тарелки в
жидкость, Па.
Высоту
сливной перегородки
выбирают с таким расчетом, чтобы
обеспечить достаточный слой жидкости
на тарелке (
+
)≥40
мм. При малых расходах жидкости, когда
подпор
мал, это обеспечивается сливной
перегородкой высотой
.
При больших расходах жидкости, когда
слой жидкости на тарелке составляет 80
мм и более, высота сливной перегородки
может быть уменьшена вплоть до
.
В этом случае необходимый слой жидкости
на тарелке обеспечивается за счет
подпора жидкости над гребнем слива
Скорость газа в интервале устойчивой работы клапанных тарелок может быть определена по уравнению:
·
,
Где
масса
клапана, кг;
доля
свободного сечения тарелки , %
м2;
коэффициент
сопротивления, который может быть принят
равным 3.
Принимаем
диаметр отверстия под клапаном равным
=70
мм, массу клапана G=0.0025
кг. Следовательно:
Скорость пара в рабочем сечении верхней части колонны:
м/с
Скорость пара в рабочем сечении нижней части колонны:
м/с
Уровень слоя жидкости на тарелке (подпор) обусловлен высотой сливной перегородки и зависит от расхода жидкости, формы и длины сливной перегородки [7].
Для сплошной сливной перегородки :
,
Где
объемный
расход жидкости, м3/ч;
В – периметр слива, м;
поправочный
коэффициент, учитывающий влияние стенок
колонны на работу сегментного переливного
кармана и определяемый по графику [2,
рис.4.7 стр. 66].
Расход жидкости, проходящей в верхней части колонны:
м3/с
Расход жидкости, проходящей в нижней части колонны:
м3/с
Для
определения поправочного коэффициента
находим отношение
Для верхней части колонны:
Для нижней части колонны:
3
Подпор жидкости на тарелке для верхней части колонны:
Подпор жидкости на тарелке для нижней части колонны:
Сопротивление, обусловленное действием сил поверхностного натяжения:
Δ
,
Где
-гидравлический
радиус отверстий, через которые пар
выходит в жидкость, м.
,
Где
– площадь, м2
и
периметр, м отверстий, через которые
выходит пар, соответственно
,
σ – поверхностное натяжение жидкости
;
;
Тогда сопротивление, вызываемое силами поверхностного натяжения, будет равно:
А) для верхней части колонны
Δ
=1.89
Па
Б) для нижней части колонны
Δ
=2.75
Па
Сопротивление тарелки в верхней части колонны:
Δ
Сопротивление тарелки в нижней части колонны:
Δ