3.1.2 Скорость пара и диаметр колонны

С помощью диаграммы из Приложения Д, рисунок Д.1 определим средние температуры паров и жидкостей по средним составам фаз.

Температура паров в верхней части колонны .

Температура паров в нижней части колонны .

Температура жидкости в верхней части колонны .

Температура жидкости в нижней части колонны .

Рассчитаем плотность паров в верхней и нижней частях колонны

, (3.25)

где М – молекулярная масса газа, кг/кмоль;

22,4 – молярный объём, м³/кмоль;

Р – давление, при котором определяется плотность, Па;

Р₀ = 101325 – нормальное давление, Па;

Т – температура, при которой определяется плотность, К;

Т₀ = 273 – нормальная температура, К.

Для верхней части колонны по формуле (3.25) плотность паров равна

.

Для нижней части колонны по формуле (3.25) плотность паров равна

.

Плотность жидкой смеси рассчитывается в соответствии с правилом аддитивности рассчитывается по формуле

, (3.26)

где , - плотности чистых соответственно бензол и толуол при соответствующей температуре, кг/м³;

, - объёмные доли соответственно метанола и воды.

Объёмную долю компонента бинарной смеси можно вычислить по формуле

. (3.27)

Плотность чистого Бензола при 104, ^оС кг/м³ [3].

Плотность чистой толуола при 104 ^оС кг/м³ [3].

Объёмная доля бензола для верхней части колонны по формуле (3.27) равна

.

Плотность чистого бензола при 88, ^оС: кг/м³ [3].

Плотность чистой толуола при 88 ^оС кг/м³ [3].

Объёмная доля этанола для нижней части колонны по формуле (3.27) равна

.

Плотность жидкой смеси в верхней части колонны в соответствии с формулой (3.26)

.

Плотность жидкой смеси в верхней части колонны в соответствии с формулой (3.26)

.

Средняя плотность жидкости по высоте колонны определим усреднением плотности жидкости в верхней и нижней частях колонны

.

Вязкость жидких смесей находим по уравнению

, (3.28)

где , - динамические коэффициенты вязкости соответственно жидких бензола и толуола при соответствующих температурах.

Динамический коэффициент вязкости жидкого бензолазола при 92 ^оС мПа∙с.

Динамический коэффициент вязкости жидкой толуола при 92 ^оС мПа∙с.

Динамический коэффициент вязкости жидкой смеси для верхней части колонны по формуле (3.28) равен

.

Динамический коэффициент вязкости жидкого безола при 88,815 ^оС мПа∙с.

Динамический коэффициент вязкости жидкого толуола при 88,815 ^оС мПа∙с.

Динамический коэффициент вязкости жидкой смеси для нижней части колонны по формуле (3.28) равен

.

Для колпачковых тарелок предельно допустимую скорость рекомендуется рассчитывать по уравнению

, (3.29)

где - диаметр колпачка, м;

- расстояние от верхнего края колпачка до вышерасположенной тарелки.

Величины диаметра колпачка и расстояния от верхнего края колпачка до вышерасположенной тарелки заранее неизвестны, ими необходимо задаться, а затем проверить, попадает ли вычисленный диаметр колонны в диапазон значений диаметров для выбранных диаметра колпачка, высоты колпачка и межтарельчатого расстояния.

Примем диаметр колпачка равным 100 мм.

Примем высоту колпачка равной = 90 мм.

Примем межтарельчатое расстояние равное = 0,4 м.

Для таких значений параметров тарелки диаметр колонны должен находиться в диапазоне 1,0 – 2,2 м.

Предельно допустимая скорость для верхней части колонны по формуле (3.29) равна

.

Предельно допустимая скорость для нижней части колонны по формуле (3.29) равна

.

Примем рабочие скорости паров обеих частей колонны меньше на 20%.

, ( 3.30)

.

Диаметр ректификационной колонны определим из уравнения расхода

, (3.33)

.

Максимальный диаметр равен:

Вычисленный диаметр ректификационной колонны попадает в диапазон диаметров для выбранных параметров колпачковой тарелки, т.е. все параметры выбраны правильно.

Рационально принять стандартный диаметр колонны м. При этом действительная рабочая скорость паров верха и низа колоны определяется по формуле

, (3.34)

где - рассчитанный диаметр колонны, м;

- стандартный диаметр колонны, м.

Действительная рабочая скорость паров верха и низа колонны по формуле (3.34) равна

.

Для колонны диаметром 2,2 мм выбираем колпачковую тарелку ТСК-Р со следующими конструктивными размерами [1]:

Диаметр колонны, м	2,2
Свободное сечение колонны , м2	3,85
Диаметр колпачка , мм	100
Периметр слива , м	1,606
Длина линии барботажа, м	44,6
Сечение перелива , м2	0,412
Свободное сечение тарелки, м2	0,471
Относительная площадь для прохода паров , %	12,3
Масса, кг	211,6